DE2937459B2

DE2937459B2 - Dichtungsanordnung für eine Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE2937459B2
Application number: DE2937459A
Authority: DE
Inventors: Adalberg Dipl.-Ing. 6832 Hockenheim Huperz; Wolfgang 4224 Hünxe Maasberg
Original assignee: Woma Apparatebau Wolfgang Maasberg and Co GmbH
Current assignee: Woma Apparatebau Wolfgang Maasberg and Co GmbH
Priority date: 1979-09-15
Filing date: 1979-09-15
Publication date: 1981-06-25
Also published as: GB2061414A; JPS5696184A; DE2937459A1; DE2937459C3; US4351531A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Hoch- bzw. Höchstdruckpumpe, als Dichtungsmittel in einem Dichtungsspalt zwischen Plunger und Zylinder bestehend aus wenigstens zwei hintereinander angeordneten Dichtungssätzen.

Zur Abdichtung des Dichtungsspaltes zwischen Plunger und Zylinder bei Hoch- und Höchstdruckpumpen sind verhältnismäßig lange Dichtungen erforderlich.

Dabei ergibt sich besonders bei dem vom Druckmedium am weitesten entfernt liegenden Dichtungsabschnitt die Gefahr des Trockenlaufs, da in diesem Bereich schlechte Schmierverhältnisse herrschen. Grundsätzlich ist es weiterhin problematisch, den Dichtungsspalt konstant zu halten, weil der elastische Zylinder sich beim Druckhub des Plungers aufweitet und beim Saughub wieder zusammenzieht.

Eine Lösung, um den Dichtungsspalt konstant zu halten, ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift 28 46 172 beschrieben, wonach besonders ausgebildete schwimmend gelagerte Dichtungshülsen hintereinander in dem Dichtungsspalt angeordnet sind. Dies bedeutet aber, daß keine handelsüblichen Dichtungen verwendbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Gefahr des Trockenlaufs praktisch ausgeschaltet wird, während trotzdem handelsübliche Dichtungen verwendbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dichtungssätze getrennt voneinander abgestützt sind und ein Dichtungssatz eine Vorabdichtung und ein oder mehrere Dichtungssätze eine Endabdichtung liefern, wobei letztere jeweils in einer von einer Hülse gebildeten Kammer aufgenommen werden, während der oder die Dichtungssätze für die Endabdichtung durch die Hülsen radial im Zuge des Druckhubs des Plungers hydraulisch in Abhängigkeit von dem spezifischen Flüssigkeitsdruck während des Druckhubs vorspannbar sind.

Die Dichtungsanordnung ist somit mindestens zweistufig auszuführen, wobei jede einzelne Stufe eine selbständige Dichtungseinheit bildet und die erste Stufe zur Vorabdichtung und die folgenden Stufen zur Endabdichtung dienen. Da die einzelnen Dichtungssätze unabhängig voneinander abgestützt werden, wird das Auftreten eines unerwünscht hohen und schädlichen Preßdruckes auf die Endabdichtung vermieden.

Der Dichtungssatz für die Vorabdichtung, der in konventiot,eller Weise einbaubar ist, wird infolge der Ausdehnung und des Zusammenziehens des Zylinders während der Hubbewegung des Plungers durch einen hydrodynamischen Schmierfilm geschmiert, der für eine ausreichende Wärmeabfuhr sorgt.

Auf die Endabdichtung(en) wirkt sich hingegen diese Atembewegung des Zylinders nicht aus, vielmehr wird durch die axiale Vorspannung der Endabdichtung mittels der Druckflüssigkeit ein konstant gehaltener Dichtungsspall erzeugt und damit eine exakte Abdichtung erhalten. Die hydraulische Vorspannung erfolgt in Abhängigkeit vom spezifischen Flüssigkeitsdruck, wobei eine anteilmäßige Druckabsenkung in jeder Dichtungsstufe Berücksichtigung findet.

Während somit gute Gleit-Schmierverhältnisse, eine gute Wärmeabfuhr, eine selbständige Einstellung des Dichtungsspaltes in Abhängigkeil vom Pumpendruck bei der oder den Endabdichtungen, minimale Leckage, Verschleißkompensation, gute Abdichtung gegen Nebenluft und wartungsfreier Langzeitbetrieb erzielt werden, ergibt sich außerdem ein fertigungstechnisch und montagernäßig einfacher Aufbau und Resistenz gegen unterschiedliche Fördermedien. Ein aufwendiges Einschleifen und Polieren, wie es bei sogenannten »berührungslosen Dichtungen« notwendig ist, entfällt

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in der Abbildung dargestellten Pumpenzylindereinheit für eine Kolbenpumpe mit einer bevorzugten Ausführungsform für die Dichtungsanordnung näher erläutert.

Der dargestellte Zylinder 10 besitzt einen sich stufenförmig in Richtung des Druckhubs im Durchmesser vermindernden Innenmantel 11 zur Aufnahme eines in dem Zylinder 10 mittels eines nicht dargestellten Antriebs hin- und herbeweglichen Plungers 12.

Ein erster Dichtungssatz 13 ist zwischen zwei von u, dem Plunger 12 durch einen Ringspalt getrennten Ringen 14, 15 angeordnet und in den Innenmantel 11 eingesetzt, wobei sich der in Richtung des Druckhubs des Plungers 12 vorne befindliche Ring 15 an einer Schulter 16 des Innenmantels 11 abstützt. ι,

Der ;n Richtung des Druckhubs hintere Ring 14 stützt sich an der Stirnfläche einer Hülse 17 ab, die in dem Innenmantel 11 angeordnet ist und den Dichtungssatz

13 gegen die Schulter 16 vorpreßt, indem die Hülse 17 über einen Einsatzkörper 18 mit Hilfe eine- Gewinde- _ί mutier 19, die in den Jnnenmantel 11 eingeschraubt ist, axial verspannt wird. Benachbart zu dem Ring 14 ist der Innenmantel 11 erweitert und besitzt daher eine Schulter 20, über die der Ring 14 hinauskragt, so daß zwischen der Stirnseite der Hülse 17 und der Schulter 20 >, ein Zwischenraum existiert.

Die Hülse 17 weist eine an ihrer dem Ring 14 zugewandten Seite durch eine Schulter 21 v<. rengte Kammer auf. In dieser Kammer ist ein / weiter Dichtungssatz 22 angeordnet, der sich einerseits an dem in Einsatzkörper 18 und andererseits über einen Ring 23 und eine Vorspannfeder 24 an der Schulter 21 abstützt. Der Ring 23 und der sich von der Schulter 21 zum Ring

14 erstreckende Bereich der Hülse 17 sind durch einen Ringspalt von dem Plunger 12 getrennt. ι,

Die Hülse 17 weist in dem Bereich, in dem die Vorspannfeder 24 aufgenommen wird, zwei Gruppen von sich zum Außenumfang der Hülse 17 erstreckenden Durchtrittsbohrungen 25 auf. Die erste Gruppe von Durchtrittsbohruugen 25 (beispielsweise zwei oder vier) -to ist benachbart zu der Schulter 21 angeordnet und mündet in einem Ringspalt 26 zwischen dem Außenumfang der Hülse 17 und dem Innenmantel 11 des Zylinders 10, wobei der Ringspalt 26 mit dem Zwischenraum zwischen der Stirnseite der Hülse 17 und 4^r> der Schulter 20 des Innenmantels 11 in Verbindung steht.

Die zweite Gruppe von Durchtrittsbohrungen 25 ist benachbart zu dem Ring 23 angeordnet und mündet ebenfalls in einem Ringspalt 27 zwischen der Außenflä- ·><> ehe der Hülse 17 und dem Innenmantel 11, wobei sich der Ringspalt 27 axial entgegengesetzt zu dem Ringspalt 26 und mindestens teilweise über den Bereich erstreckt, in dem auf der Innenseite der Hülfe 17 der Dichtungssatz 22 angeordnet ist. Die beiden Ringspalte 26, 27 werden durch entsprechend abgedrehte Hülsenabschnitte mit vermindertem Außendurchmesser gebildet und durch einen ringförmigen Bereich der Hülse 17 mit einem Außendurchmesser praktisch gleich dem Innendurchmesser des Innenmantels 11 getrennt. t>o

An der dem Einsatzkörper 18 zugewandten Seite liegt die Hülse 17 praktisch an dem Innenmantel 11 an und ist mit einer außenumfänglichen Nut zur Aufnahme einer Ringdichtung 28 versehen. Zweckmiißigerweise besitzt der Einsatzkörper 18 einen rohrförmigen Ansatz, der in die Hülse 17 eingesetzt ist und zum Vorpressen des Dichtungssatzes 22 dient.

Vorzugsweise ist zwischen der Lnnenwand der Bohrung des Einsatzkörpers 18 und dem Plunger 12 eine Ringkammer 29 ausgebildet, die über Kanäle 30 mit einem am Innenmantel 11 vorgesehenen Ringkanal 31 verbunden ist, der seinerseits mit einer Kühlmittelzuführleitung 32 und einer Bohrung 33 in dem Zylinder 10 zur Abfuhr des Kühlmittels in Verbindung steht. Zur Abdichtung des Kühlmittelbereichs dienen die Ringdichtung 28, eine in einer Ringnut des Einsatzkörpers angeordnete Ringdichtung 34 und ein weiterer Dichtungssatz 35 auf dem Plunger 12, der von einer in den Einsatzkörper 18 eingeschraubten Mutter 36 gegen eine Schulter des Einsatzkörpers 18 gepreßt wird, sowie der Dichtungssatz 22 selbst.

Die Dichtungssätze 13, 22 und 35 sind gebräuchliche Packungen, beispielsweise Lamellendichtungen, oder sonstige handelsübliche Gleiteinsätze.

Der Dichtungssatz 13 dient zur Vorabdichtung, hierbei handelt es sich um einen konventionell eingebauten Dichtungssatz. Er ist der Atembewegung des Zylinders 10 ausgesetzt und führt daher nur zu einer Vorabdichtung, die diesen Dichtungssatz 13 nicht überbeansprucht. Denn die radiale Atembewegung begünstigt die Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilms und sorgt für eine ausreichende Wärmeabfuhr.

Für den Dichtungssatz 22, der zur Endabdichtung dient, ist dagegen eine derartige Atembewegung unterbunden, um durch einen vom Flüssigkeitsdruck unabhängig konstant gehaltenen Dichtungsspalt eine exakte Abdichtung zu liefern. Aufgrund der vorgesehenen Ringspalte 26, 27 wird die Hülse 17 und damit der Dichtungssatz 22 im Zuge des Druckhubs des Plungers 12 radial hydraulisch vorgespannt. Dies erfolgt in Abhängigkeit vom spezifischen Flüssigkeitsdruck, wobei eine anteilmäßige Druckabsenkung in jeder Dichtungsstufe bei der eventuellen Verwendung mehrerer hintereinander geschalteter Dichtungssätze für die Endabdichtung stattfindet. Die Vorspannfeder 24 bewirkt die Festlegung des Dichtungssatzes 22, bevor eine hydraulische Anpreßkraft vorhanden ist.

Damit durch die Aufweitung des Zylinders 10 während des Druckhubs die Einhaltung der Spaltdichtung nicht gestört wird, ist die Hülse 17 allseitig von Druckmittel umspült und beaufschlagt. Hierdurch wird bewirkt, daß sich zwar der Zylinder 10 im Verhältnis zum Innendruck ausdehnt, die schwimmend hierzu angeordnete Hülse 17 aber davon unberührt bleibt.

Ferner wird durch das vorgespannte Flüssigkeitsvolumen, welches sich zwischen den Dichtungssätzen 13 und 22 befindet, das Eindringen von Nebenluft im Zuge des Saughubes ausgeschlossen, wodurch Kavitationsschäden unterbunden werden. Ferner wird eine automatische Verschleißkompensation bewirkt.

Das vorgesehene Kühlsystem garantiert eine gründliche Wärmeabfuhr. Das Kühlwasser gelangt über den Innenmantel 11 direkt an die Plunger-Oberfläche und unterstützt die Wärmeabfuhr von der Endabdichtung.

Die hydraulische Vorspannung der Hülse 17 in axialer Richtung zur Gewindemutter 19 hin führt zu einer hauptsächlich statischen Vorspannung der letzteren, wodurch sich eine besondere Rüttelsicherung erübrigt und die Dauerbruchgefahr für das Gewinde praktisch ausgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Hoch- oder Höchstdruckpumpe, als Dichtungsmittel in einem Dichtungsspalt zwischen Plunger und Zylinder bestehend aus wenigstens zwei hintereinander angeordneten Dichtungssätzeni für die hochdruckseitige Abdichtung, d a durch gekennzeichnet, daß die Dichtungssätze i(13, 22) getrennt voneinander abgestützt sind und ein Dichtungssatz (13) eine Vorabdichtung und ein oder mehrere Dichtungssätze (22) eine Endabdichtung liefern, wobei letztere jeweils in einer von einer Hülse (17) gebildeten Kammer aufgenommen werden, während der oder die Dichtungssätze (22) für die Endabdichtung durch die Hülsen (17) radial nach innen im Zuge des Druckhubs des Plungers (12) hydraulisch in Abhängigkeit von dem spezifischen Flüssigkeitsdruck während des Druckhubs vorspannbar sind.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungssatz (13) für die Vorabdichtung vor dem Auftreten hydraulischer Anpreßkräfte lediglich axial mechanisch vorgespannt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (17) innen- und außenseitig druckmittelumspult ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Hülse (17) eine Vorspannfeder (24) für den Dichtungssatz (22) für die Endabdichtung angeordnet ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (17) zur Ausbildung eines Ringspaltes (26, 27) mit dem Innenmantel (11) des Zylinders (10) einen Bereich mit verringertem Durchmesser aufweist, der sich wenigstens teilweise außenuiifänglich über den Bereich erstreckt, in dem innenumfänglich der Dichtungssatz (22) für die Endabdichtung angeordnet ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (17) auf der dem Dichtungssatz (13) für die Vorabdichtung zugewandten Stirnseite hydraulisch vorspannbar ist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (26,27) zwei axial getrennte Bereiche aufweist, von denen sich einer bis auf die Stirnseite der Hülse (17) erstreckt.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungssatz (13) für die Vorabdichtung über die Hülse (17) axial vorgespannt ist.