DE3404520C2

DE3404520C2 - Pumpe oder Hydraulikanlage

Info

Publication number: DE3404520C2
Application number: DE3404520A
Authority: DE
Inventors: Nabil Dipl Ing Hanafi
Original assignee: URACA PUMPEN
Current assignee: URACA PUMPEN
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2004-02-10
Also published as: IT1221055B; DE3404520A1; IT8547623A0; US4616983A; IN162824B; JPS60209679A

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe oder Hydraulikanlage mit konstruktionsbedingt engen, mit Fluiden gefüllten Spalten zwischen aneinander mit hoher Paßgenauigkeit angrenzenden Bauteilen, die unter Einwirkung von Druckpulsationen des Fluids schwache Pulsationsbewegungen gegeneinander ausfüh ren.

Bei Pumpen oder Hydraulikanlagen, welche hohe Differenzdrüc ke erzeugen bzw. hohen Differenzdrücken standhalten müssen, kann die Elastizität der durch die Drücke beaufschlagten Teile nicht vernachlässigt werden. Insbesondere bei pulsie renden Drücken treten dann meßbare Relativbewegungen zwi schen aneinander angrenzenden Bauteilen auf.

Eine Pumpe der eingangs angegebenen Art wird beispielsweise in der DE-AS 27 11 837 beschrieben. Diese bekannte Pumpe be sitzt einen Ventilkopf, bei dem ein zylindrischer Innenraum an einem Stirnende durch einen Deckel abgesperrt ist, an den auf der Innenseite unmittelbar eine Ausgleichskolbenscheibe axial anschließt, wobei ein radial zur Zylinderachse er streckter Spaltraum zwischen Deckel und Ausgleichskolben scheibe über eine Axialbohrung in der Ausgleichskolbenschei be mit der Druckseite des Ventilkopfes kommuniziert. Der ge nannte Spaltraum ist an einer von einem Zuganker durchsetz ten Zentralbohrung im Deckel sowie in der Ausgleichskolben scheibe und an seinem radial äußeren Rand durch Ringdichtun gen abgedichtet, d. h. der Spaltraum bildet einen Sackraum für Druckfluid, welches dann die Ausgleichskolbenscheibe ge gen einen Distanzring auf der vom Deckel abgewandten Seite der Ausgleichskolbenscheibe zu schieben sucht.

Bei einer aus der US 3 746 483 bekannten Pumpe der eingangs angegegebenen Art wird ein Ventilgehäuse, welches axial von einem durch ein Druckventil gesteuerten Kanal durchsetzt wird, der vom Plungerarbeitsraum zu einem Druckkanal der Pumpe führt, an seinen beiden Stirnenden vom Druck im Plun gerarbeitsraum beaufschlagt. Dazu ist an dem vom Plungerar beitsraum abgewandten Stirnende des Ventilgehäuses eine Aus gleichskammer angeordnet und über relativ lange Verbindungs wege an den Plungerarbeitsraum angeschlossen. Auch hier bil det die Ausgleichskammer einen Sackraum.

Wenn Pumpen aggressive oder korrosive Medien fördern, muß in sogenannten Totwasserbereichen, d. h. in Bereichen ohne nen nenswerten Medienaustausch, mit besonders starker Korrosion gerechnet werden. Dies dürfte darauf beruhen, daß die Ag gressivität bzw. Korrosivität des Totwassers zunimmt, wenn gasförmige, im Pumpmedium gelöste Stoffe im Totwasser zuneh mend verarmen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Korrosionsfestigkeit von Pumpen und Hydraulikanlagen, die hohen Drücken ausge setzt sind, deutlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei Pumpen oder Hydraulikanlagen mit kon struktionsbedingt engen, mit aggressiven oder korrosiven Fluiden gefüllten Spalten zwischen aneinander mit hoher Paß genauigkeit angrenzenden Bauteilen, die unter Einwirkung von Druckpulsationen des Fluides schwache Pulsationsbewegungen gegeneinander ausführen, dadurch gelöst, daß zur Erleichte rung eines Fluidaustausches innerhalb eines Spaltes in zu mindest einem der aneinander grenzenden Bauteile Spülöffnun gen in Form von Aussparungen, Nuten oder Bohrungen angeord net sind, über die tiefere Zonen des Spaltes direkt mit an der offenen Seite des Spaltes anschließenden Räumen kommuni zieren, in denen ständig Fluid ausgetauscht wird.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die unter den Druckpulsationen erfolgenden schwachen Pulsationsbewe gungen der Bauteile gegeneinander auszunutzen. Denn diese Relativbewegungen der Bauteile zueinander erzeugen in den Spalträumen abwechselnd einen schwachen Unter- und Über druck, der über die genannten Aussparungen den erwünschten Medienaustausch im Spaltraum bewirkt. Damit wird die Mög lichkeit geboten, aneinander angrenzende Teile mit höchster Genauigkeit aneinander bzw. ineinander einzupassen, so daß im Hinblick auf die Paßgenauigkeit erwünschte, im Hinblick auf die Gefahr von Totwasserbildung bisher aber bei aggres siven bzw. korrosiven Medien kritische enge Spaltquerschnit te zugelassen werden können.

Die beschriebene Ausbildung der Spalte läßt sich grundsätz lich überall in pulsationsbelasteten Fluid- bzw. Hydraulik systemen anwenden und ist deshalb in keiner Weise auf Pumpen od. dgl. beschränkt. Jedoch ist die beschriebene Ausbildung der Spalte bei Pumpen, insbesondere bei Höchstdruckpumpen zur Förderung aggressiver und korrosiver Medien besonders vorteilhaft und zweckmäßig, weil hier die starken Druck pulsationen zu einem wirksamen Medienaustausch beitragen und außerdem der Verhinderung von Spaltkorrosion insofern eine besonders hohe Bedeutung zukommt, weil die Pumpenbauteile im Hinblick auf die hohen Druckpulsationen sowie die Aggressi vität des Pumpmediums aus außerordentlich teurem Material sowie mit höchster Sorgfalt hergestellt werden müssen. Im Hinblick auf die Unterhaltskosten sowie die Verfügbarkeit der Pumpe ist es deshalb von erheblicher Bedeutung, wenn Spaltkorrosion vermieden werden kann.

Weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche und werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der ein besonders bevorzugtes Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt ist.

Dabei zeigt die einzige Figur eine teilweise geschnittene Ansicht der Pumpe in Achsrichtung ihrer nicht dargestellten Kurbelwelle.

Das Pumpmedium gelangt über eine Saugleitung 1 in einen Saugraum 2, von wo es unter der Arbeit des Plungers 3 in bekannter Weise durch vom Saugventil 4 gesteuerte Ansaug kanäle 5 beim Saughub in den Plungerarbeitsraum 6 und danach beim Druckhub durch vom Druckventil 7 gesteuerte Auslaßkanäle 8 in den Druckraum 9 sowie eine daran an schließende Druckleitung 10 gefördert wird.

Der Plunger 3 ist in einem ihn umschließenden Zylinder teil 11, welches auch die nicht dargestellten Plunger dichtungen aufnimmt, verschiebbar gelagert. Das Zylinder teil 11 ist unter Zwischenschaltung einer Dichtung 12 gegen ein weiteres Zylinderteil 13 gespannt, welches den Plungerarbeitsraum 6 aufnimmt und durch eine entsprechende, das Zylinderteil 13 axial verschiebbar aufnehmende Öffnung in den Innenraum eines Zylinderkopfgehäuses 14 hineinragt.

Das Zylinderteil 13 ist unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Zylinderkopfdichtung 15 axial gegen ein im wesentlichen rohrförmiges, innerhalb des Zylinderkopfge häuses 14 angeordnetes Zylinderkopfteil 16 gespannt, so daß Pulsationen, die das Zylinderteil 13 bei der Arbeit des Plungers 3 entsprechend den Druckpulsationen im Plunger arbeitsraum 6 ausführt, nicht bzw. stark abgeschwächt auf das Zylinderkopfteil 16 übertragen werden.

Das Zylinderkopfteil 16 besitzt einen den Saugraum 2 umschließenden relativ dünnwandigen Teil sowie einen daran unter Bildung einer Ringstufe anschließenden dickwandigen Bereich, welcher den Druckraum 9 umschließt und über eine zur Achse des Zylinderkopfteiles 16 leicht geneigt angeordnete Bohrung 17 mit der Druckleitung 10 verbunden ist, welche unter Zwischenschaltung einer Dichtung 18 axial gegen das Zylinderkopfteil 16 gespannt ist. Die Dichtung 18 wird in einer auf der Außenseite des Zylinderkopfteiles 16 angeordneten ringstufenartigen Vertiefung aufgenommen, welche sich an das auswärtige Ende der Bohrung 17 anschließt.

Das Zylinderkopfteil 16 ist gegen eine flanschartige Stirnfläche einer Hülse 19 gespannt, die in der dem Zylinderteil 13 gegenüberliegenden Wand des Zylinder kopfgehäuses 14 eingesetzt ist.

Der mechanische Zusammenhalt der Zylinderteile 11 und 13, des Zylinderkopfteiles 16 sowie der Hülse 19 mit dem Zylinderkopfgehäuse 14 wird durch Spannanker 20 bis 22 gewährleistet, die in der dargestellten Weise zwischen einem außenseitig auf das Zylinderteil 11 aufgeschraubten Ring 23 sowie der ferneren Querwand des Zylinderkopfgehäuses 14, zwischen dem Zylinderkopf teil 16 und einem auf das Zylinderteil 13 aufgeschraub ten Ring 24 und zwischen dem Zylinderkopfteil 16 sowie der die Hülse 19 aufnehmenden Querwand des Zylinderkopf gehäuses 14 verspannt sind. In entsprechender Weise ist die Druckleitung mittels Zuganker 25 angeordnet, welche zwischen dem Zylinderkopfteil 16 sowie einem auf die Druckleitung 10 aufgeschraubten Ring 26 verspannt sind.

Auf der durch die Hülse 19 gebildeten Öffnung des Zylinderkopfgehäuses 14 ist ein Deckelteil 27 angeord net, welches mittels eines durch Sackloch ausgehöhlten Fortsatzes 27′ in die Hülse 19 eingeführt ist. Das Deckel teil 27 kann durch entsprechendes Verschrauben von Mut tern 28, welche auf Bolzen 29 am Zylinderkopfgehäuse 24 angeordnet sind, mehr oder weniger stark axial gegen ein am Fortsatz 27′ abgestütztes Bodenteil 30 gespannt werden, welches die Aufgabe hat, die zugewandte Stirn öffnung des Zylinderkopfteiles 16 bzw. des Druckraumes 9 zu verschließen.

Dazu ist das Bodenteil 30 unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 31 axial gegen ein kolbenartiges Teil 32 gespannt, welches durch die vom Bodenteil 30 abgeschlossene Öffnung in den Druckraum 9 einsetzbar ist. Die Ringdichtung 31 besitzt keilförmigen Quer schnitt mit nach radial außen zunehmender axialer Abmessung und ist in einer Ringnut entsprechenden Querschnittes angeordnet, welche zwischen einer kegel förmigen Ringfläche 33 des Bodenteiles 30 sowie einem ringstufenförmigen Absatz 34 am kolbenartigen Teil 32 gebildet wird.

Das kolbenartige Teil 32 ist unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 35 axial gegen ein Zentralventil gehäuse 36 gespannt, welches ebenso wie das kolben artige Teil 32 als kolbenähnliches Teil ausgebildet und durch die vom Bodenteil 30 verschlossene Öffnung des Zylinderkopfteiles 16 in dasselbe einsetzbar ist.

Die Ringdichtung 35 ist gleichartig wie die Ringdichtung 31 ausgebildet und in einer Ringnut angeordnet, welche zwischen einer kegelförmigen Ringfläche 37 am kolben artigen Teil 32 und einem ringstufenförmigen Absatz 38 am Zentralventilgehäuse 36 ausgebildet ist.

Das Zentralventilgehäuse 36 ist seinerseits unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 39 gegen eine den Plungerarbeitsraum 6 im Zylinderteil 13 fortsetzende Ringstufe des Zylinderteiles 13 gespannt, wobei die Ring dichtung 39 wiederum gleichartig wie die Ringdichtung 35 ausgebildet ist und auf einer kegelförmigen Ringfläche 40 des Zentralventilgehäuses 36 aufliegt.

Aufgrund der dargestellten Anordnung werden die Ring dichtungen 31, 35 und 39 zunehmend nach radial außen gegen das Zylinderkopfteil 16 bzw. das Zylinderteil 13 gespannt, wenn die Muttern 28 angezogen werden und damit das Deckelteil 27 einen zunehmenden axialen Druck gegen das Bodenteil 30 ausübt.

Damit wird neben einer guten Abdichtung eine besonders gute Abstützung des kolbenartigen Teiles 32 sowie des Zentralventilgehäuses 36 gegenüber dem Zylinderkopfteil 16 bzw. dem Zylinderteil 13 gewährleistet.

Auf beiden Stirnseiten des kolbenartigen Teiles 32 verbleiben gegenüber dem Bodenteil 30 bzw. dem Zentral ventilgehäuse 36 Abstandsräume 41 gleichen Querschnittes, welche über Bohrungen im kolbenartigen Teil 32 mit dem Druckraum 9 bzw. einen den Druckraum 9 bildenden Ringraum verbunden sind, welcher durch eine umfangsseitige ring förmige Vertiefung im kolbenartigen Teil 32 gebildet wird. Aufgrund dieser Anordnung heben sich auf das kolbenartige Teil 32 in Axialrichtung einwirkende Kräfte des Pumpme diums gegenseitig auf. Dies hat den Vorteil, daß der axiale Schub, welcher vom Bodenteil 30 über die Ringdich tung 31 auf das kolbenartige Teil 32 übertragen wird, ohne Verminderung durch hydraulische bzw. pneumatische Kräfte zur Ringdichtung 35 übertragen wird. Damit brau chen die Muttern 28 nur vergleichsweise schwach angezogen zu werden, um die Ringdichtungen 31, 35 und 39 hinrei chend stark nach radial außen zu drängen, d. h. eine Überlastung der Ringdichtungen 31, 35 und 39 bei der Montage durch zu hohe axiale Spannung ist nicht zu befürchten.

Um gegebenenfalls den Medienaustausch an den Ringspalten zwischen kolbenartigem Teil 32 bzw. Zentralventilgehäuse 36 und dem Zylinderkopfteil 16 in der Nachbarschaft der Ringdichtungen 31 und 35 zu erleichtern, können im kolbenartigen Teil 32 und/oder im Zentralventilgehäuse 36 Spülbohrungen 43 angeordnet sein, welche die genann ten Ringspalte verstärkt mit dem Druckraum 9 bzw. den das Zentralventilgehäuse 36 ringförmig umschließenden Saugraum 2 verbinden. Ein derartiger erhöhter Medien austausch kann insbesondere bei Förderung stark korro dierend wirkender Medien vorteilhaft sein, weil oftmals von diesen Medien gebildete Rückstände eine erhöhte Korrosionsgefahr verursachen. Derartige Rückstände können durch die Spülbohrungen 43 vermieden werden, so daß auch im Bereich der an sich schwer zugänglichen Ringdichtungen 31, 35 und 39 keine verstärkte Korrosion auftreten kann. Abgesehen davon, daß Korrosionserschei nungen zu Undichtigkeiten führen können, können sie bei hochbelasteten Teilen auch Ausgangspunkte von Spannungs rissen bilden, welche ihrerseits Ermüdungsbrüche verur sachen können.

Alternativ oder zusätzlich können auch im Zylinderkopf teil 16 Spülbohrungen 43 angeordnet sein. Im übrigen können anstelle von Bohrungen auch Nuten od. dgl. Aus sparungen an den Wänden der Ringspalte zum Medienaus tausch in den Spalten dienen.

Das Zentralventilgehäuse 36 besitzt eine dem Plunger 3 zugewandte stirnseitige Ringnut 44, die sich bis in die mit ihr verbundenen Saugkanäle 5 fortsetzt und zwischen ringförmigen Sitzflächen 45 angeordnet ist, die ihrer seits mit dem ringförmigen Ventilkörper 46 des Saugven tiles 4 zusammenwirken. Der Ventilkörper 46 ist mittels einer aus zwei koaxial angeordneten Schraubenfedern be stehenden Federanordnung 47, welche sich auf einem Ring steg 48 innerhalb des Zylinderteiles 13 abstützt, in Schließrichtung des Saugventiles 4 beaufschlagt.

Auf der dem Druckraum 9 zugewandten Seite besitzt der Zentralventilkörper 36 eine durch einen Ringsteg gebilde te ringförmige Sitzfläche 49, welche den druckraumseitigen zentralen Auslaß 50 der Auslaßkanäle 8 umschließt und mit einem plattenförmigen Ventilkörper 51 des Druckventiles 7 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 51 ist mittels einer aus zwei koaxial angeordneten Schraubenfedern gebildeten Feder anordnung 52 in Schließrichtung beaufschlagt. Die Feder anordnung 52 ist innerhalb des dazu als Federgehäuse aus gebildeten kolbenartigen Teiles 32 angeordnet, wobei der die Federanordnung 52 aufnehmende Raum zur rückseitigen hydraulischen (bzw. pneumatischen) Entlastung des Ventil körpers 51 über eine radiale Bohrung im kolbenartigen Teil 32 mit dem Druckraum 9 verbunden ist.

Claims

1. Pumpe oder Hydraulikanlage mit konstruktionsbedingt en gen, mit aggressiven oder korrosiven Fluiden gefüllten Spalten zwischen aneinander mit hoher Paßgenauigkeit angren zenden Bauteilen, die unter Einwirkung von Druckpulsationen des Fluids schwache Pulsationsbewegungen gegeneinander aus führen, wobei zur Erleichterung eines Fluidaustausches in nerhalb eines Spaltes in zumindest einem der aneinander grenzenden Bauteile (13, 16; 16, 36; 16, 32) Spülöffnungen (43) in Form von Aussparungen, Nuten oder Bohrungen angeordnet sind, über die tiefere Zonen des Spaltes direkt mit an der offenen Seite des Spaltes anschließenden Räumen kommunizie ren, in denen ständig Fluid ausgetauscht wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

- mindestens einen Kolben bzw. Plunger (3),
- ein dazu gleichachsiges Zylinderteil (13), welches den Kolben-bzw. Plungerarbeitsraum (6) aufnimmt,
- einen Zylinderkopf (16), welcher einen gleichachsig zum Kolben bzw. Plunger (3) angeordneten, mit einer Druck leitung (10) verbundenen zylindrischen Druckraum (9) auf nimmt, und
- einen axial zwischen Kolben- bzw. Plungerarbeitsraum (6) und Druckraum (9) angeordneten Zentralventilgehäuse (36) mit an seinen Stirnseiten angeordneten Sitzen für Saug- und Druckventil (4, 7), mindestens einem vom Druckventil (7) gesteuerten Axialkanal (50) sowie einem von seiner Um fangsfläche zur saugventilseitigen Stirnfläche verlaufen den, vom Saugventil (4) gesteuerten Saugkanal (5), wobei
- das Zentralventilgehäuse (36) durch eine stirnseitige, vom Kolben bzw. Plunger (3) abgewandte Öffnung des Zylinderkopfes (16) in denselben einsetzbar und mittels eines die Öffnung abschließenden Bodenteiles (30) fest legbar ist, welches das Zentralventilgehäuse (36) mittels eines in den Druckraum (9) einsetzbaren, auf seinen beiden Stirnseiten vom Druck des Druckmediums im Druckraum (9) beaufschlagten kolbenartigen Teiles (32) axial gegen das Zylinderteil (13) spannt,
- Ringdichtungen (31, 35) zwischen dem kolbenartigen Teil (32) und dem Bodenteil (30) sowie zwischen dem kolben artigen Teil (32) und dem Zentralventilgehäuse (36) sowie zwischen dem Zentralventilgehäuse (36) und dem Zylinderteil (13) in zwischen den jeweiligen Teilen gebildeten Umfangsnuten durch axiale Spannkräfte unter Verformung nach radial auswärts gegen die Wandung der jeweiligen Teile gepreßt werden, und
- im bzw. am kolbenartigen Teil (32), im bzw. am Zentral ventilgehäuse (36) und/oder im bzw. am Zylinderkopf teil (16) Aussparungen (Spülbohrungen 43) angeordnet sind, welche zu den Dichtungen (31, 35, 39) bzw. in die Nähe derselben führen, um einen Austausch von Pump medium in den Ringspalten zu erleichtern, die druck seitig der Dichtungen zwischen der Umfangswand des kolbenartigen Teiles (32) und dem Zylinderkopf (16) bzw. niederdruckseitig zwischen der Umfangsseite des Zentralventilgehäuses (36) und dem Zylinderkopf (16) bzw. dem Zylinderteil (13) gebildet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen als Gehäusebohrungen (43) im kolbenar tigen Teil (32) und/oder im Zentralventilgehäuse (36) ange ordnet sind.