DE1628152B2 - Dichtung für Hochdruckkompressoren und -pumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für Hochdruckkompressoren und -pumpen mit einem ein Kurbel- und Kopfende aufweisenden, hin- und hergehenden Plungerkolben und mehreren, den Plungerkolben umgebenden Drossel- und Dichtungsgliedern, die jeweils mit einer inneren öffnung zur axialen Führung des Kolbens, sowie mit den Kolben umfassenden Drossel- bzw. Dichtungsrinnen versehen sind und die Drosselrinnen hintereinander am Kopfende des Kolbens und daran anschließend die Dichtungsrinnen in Richtung auf das Kurbelende angeordnet sind, wobei in den Drosselrinnen jeweils ein massiver Drosselring, der quer zur Kolbenachse eine glatte Anlagefläche und in der Gegenfläche Drosselnuten aufweist und in Dichtungsrinnen Segmentdichtungsringe paarweise angeordnet sind.

Hochdruckkompressoren und -pumpen werden immer häufiger zur Verdichtung bzw. Förderung von Fluiden mit sehr hohem Druck, z. B. mit einem Druck von 2500 kg/cm² und mehr, verwendet. Hierbei wird eine wirksame Dichtung gegen das Entweichen des Fluids aus dem Zylinderraum entlang der Kolbenstange immer schwieriger. Die Dichtung muß dabei nicht nur abdichtend wirken, sondern auch eine lange Betriebsdauer aushalten, damit die Ausfallzeit des Gerätes bzw. die Zeiten für Reparaturen und den etwaigen Ersatz von Teilen der Dichtung so gering wie möglich gehalten werden kann.

Zur Dichtung an dem sich hin- und herbewegenden Plungerkolben solcher Geräte ist es bekannt, übliche Dichtungszusammensetzungen aus jeweils segmentförmigen, an der Kolbenstange im Abstand voneinander angeordneten Ringen zu verwenden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß solche Dichtungsanordnungen infolge der beim Hin- und Hergang der Kolbenstange während des Verdichtungs- und Saughubes derselben auftretenden zyklischen Änderung der Richtung des Druckunterschiedes an beiden Seiten der Dichtungsanordnung, obwohl diese an sich eine gute Dichtung gegen das Entweichen des Fluids an der Kolbenstange entlang in Richtung vom Kopfende bis zum Kurbelende derselben beim Kompressionshub ergeben, nicht lange wirksam bleiben, wenn der Druckunterschied in der entgegengesetzten Richtung, d. h. vom Kurbelende bis zum

ίο Kopfende, auftritt, wie dies beim Saughub der Kolbenstange der Fall ist.

Dichtungen der eingangs genannten Art, die aus mehreren, einen kolbenartigen Körper umgebenden Drossel- und Dichtungsgliedern bestehen, sind bereits aus der GB-PS 2 61 118 bekanntgeworden, jedoch handelt es sich dort um die Abdichtung der Kolbenstange eines Zweitaktdieselmotors. Bei einer solchen Dichtungsanordnung tritt jedoch die Druckabsenkung schon vor dem unteren Totpunkt, nämlich beim Überfahren und damit dem Öffnungsbeginn der Auslaßschlitze ein. Erst wenn die Einlaßschlitze wieder geschlossen sind, setzt eine wesentliche Drucksteigerung ein. Zwischen diesen beiden Punkten liegt jedoch ein .verhältnismäßig großer zeitlicher Zwischenraum"; außerdem sind die Differenzen zwischen Hoch- und Niederdruck hier verhältnismüßig — gemessen am Erfindungsgegenstand — gering. Dem verhältnismäßig langsamen Druckabbau in der Stopfbuchse vermögen die Ringe leicht zu folgen, so daß das dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegende Problem hier überhaupt nicht auftritt.

Es sind zwar auch dort am Hochdruckende der Stopfbuchse Massivringe, und zwar drei hintereinander, mit Drosselnuten vorgesehen. Diese Ringe sind jedoch alle in der gleichen Richtung, d. h. in Richtung auf das Kurbelende angeordnet. Sie haben im wesentlichen nur die Aufgabe, einen langen Drossclwcg zu bilden, auf dem die Temperatur genügend absinkt, damit nicht noch sehr heiße Gase nach außen gelangen.

Das Problem der Erfindung, nämlich der Gefährdung der folgenden Segmentringe durch plötzliche Druckwechsel ist dort nicht angesprochen. Dieser Druckschrift sind daher Hinweise, wie die Kammern mit den empfindlichen Segmentringen vor plötzlichen sehr großen Druckwechseln geschützt werden können, nicht zu entnehmen.

Eine ähnliche Dichtungsanordnung ist auch in der DE-PS 4 60 959 beschrieben worden. Dabei handelt es sich um eine Stopfbuchsen-Anordnung für die Kolbenstange einer Heißdampfkolbenmaschine, bei der die auftretenden Druckdifferenzen noch niedriger als bei einem Dieselmotor liegen. Dementsprechend sind nur die aus bekannten Massiv- und Segmentringen zusamlengesetzten Dichtungen vorgesehen. Die Massivringe /eisen zwar auch Drosselnuten auf, jedoch sind auch hier alle Nuten in der gleichen Richtung angeordnet. Die Nuten liegen hier auf der Hochdruckseite. Diese Massivringe wirken also immer nur als Drosselringe, während die Dichtung von den Segmentringen übernommen wird. Würden hier Druckdifferenzen auftreten, die mit denen des Erfindungsgegenstandes vergleichbar wären, so wäre bereits der erste Segmentring schlagartigen Druckwechseln praktisch schutzlos ausgesetzt.

Auch aus dieser bekannten Anordnung geht daher nicht hervor, welche Maßnahmen einen wirkungsvolleren Schutz der empfindlichen Segmentringe bei Höchstdrücken und krassen Druckwechseln ergeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine speziell für Hochdruckkompressoren und -pumpen geeignete Dichtung der eingangs angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß sie zur Erhaltung einer langen Lebensdauer weilgehend gegen die zyklischen Änderungen in der Richtung des auf sie einwirkenden erheblichen Druckunterschieds als Folge des Hin- und Herganges des Plungerkolbens beim Kompressionsund beim Saughub weitgehend unempfindlich ist. Dabei soll jedoch sichergestellt bleiben, daß die in den Kompressionsraum eingetragene Schmiermittelmenge und damit die Verunreinigung des Fluids beim Kompressionshub des Plungerkolbens äußerst gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nun dadurch gelöst, daß die Drosselnuten in den massiven Drosselringen in der ersten und zweiten Drosselrinne einander zugewandt sind und in den folgenden Dichtungsrinnen in an sich bekannter Weise ein massiver und ein Segment-Dichtungsring angeordnet sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn nach einer Weiterentwicklung der Erfindung die Drosselnuten im zweiten Drosselring einen geringeren Querschnitt als die Drosselnuten im ersten Drosselring aufweisen.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung und Bemessung der Drosselnuten in den massiven Drosselringen und durch die folgende paarweise Anordnung von massiven und Segment-Dichtungsringen wird erreicht, daß die sich aus dem Kompressor- bzw. Pumpendruckraum entlang dem schmalen Spalt um den m Plungerkolben nach rückwärts bewegende Druckwelle vom ersten Drosselring aufgefangen und dadurch der Druck herabgesetzt und durch den nächsten Drosselring so weit gehemmt wird, daß nur erheblich herabgesetzte Drücke in die folgenden, die SegmentdichtuPi.vinge enthaltenden Dichtungskammern gelangen.

Wenn dann beim Saughub des Kompressors bzw. der Pumpe die Druckwelle umgekehrt verläuft, wirkt der zweite Ring als Drosselring und der erste Drosselring als Hemmring. Auf diese Weise ist es möglich, daß der Druckabbau in den Dichtungsrinnen für die Segmentdichtungsringe allmählich verläuft und so schlagartige Entlastungen, die die Dichtungsringe gefährden und zerstören könnten, vermieden werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausführungsform näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Teillängsschnitt durch den Zylinder eines Hochdruckkompressors oder einer Hochdruckpumpe mit hin- und hergehendem Plungerkolben und einer bevorzugten Ausführungsform der in dem Zylinder angeordneten und den Plungerkolben umgebenden Dichtung nach der Erfindung;

F i g. 2 bis 5 vergrößerte Einzeldarstellungen der bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Elemente der Dichtung bildenden vier Arten von Drossel- bzw. Dichtungsringen;

Fig.6 und 7 Stirnansichten des Drosselringes nach F i g. 2, von den Linien 6-6 und 7-7 aus gesehen;

F i g. 8 und 9 Stirnansichten des Drosselringes nach F i g. 3, von den Linien 8-8 und 9-9 aus gesehen;

Fig. 10 und 11 Stirnansichten des Dichtungsringes nach F i g. 4, von den Linien 10-10 und 11-11 aus gesehen und

Fig. 12 und 13 Stirnansichten des Dichtungsringes nach Fig.5, von den Linien 12-12 und 13-13 aus gesehen.

In Fig. 1 ist mit 15 der nur teilweise gezeigte Zylinder eines Hochdruckkompressors oder einer Hochdruckpumpe bezeichnet. Der Zylinder weist eine ringförmige Seitenwandung 16 mit einer zylindrischen Innenfläche 18 sowie eine damit aus einem Stück bestehende Stirnwand 19 mit einer radial verlaufenden kreisförmigen Innenfläche 20 auf. Am anderen Ende ist der Zylinder 15 durch ein Kopfstück 21 mit einer Seitenwandung verschlossen, deren innere Umfangsfläche 22 im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Innenfläche der Seitenwandung 16 des Zylinders hat. Das Kopfstück 21 ist ferner mit einer mittleren axialen Bohrung 23 von kleinerem Durchmesser als die innere Umfangsfläche 22 seiner Seitenwandung sowie zwischen dieser und der mittleren Bohrung 23 mit einer radial angeordneten nach innen etwas vorstehenden Ringfläche 24 versehen.

Mit 25 ist ein zylindrischer Plungerkolben bezeichnet, der teilweise in dem Zylinder 15 konzentrisch zu diesem angeordnet ist und zur Durchführung eines Kompressions- und Saughubes mittels einer nicht dargestellten Kurbel, die nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört, hin- und herbewegbar ist. Der Kompressionshub des Plungerkolbens 25 erfolgt bei der Darstellung nach F i g. 1 von rechts nach links, während der Saughub von links nach rechts gerichtet ist.

In der mittleren Bohrung 23 des Kopfstückes 21 ist ein Ventilgehäuse 26 mit Saug- und Druckdurchlässen 28, 29 befestigt, das an ein das Kopfende 31 des Plungerkolbens 25 umfassendes Futterstück 30 angrenzt. Dieses Futterstück 30 bildet mit dem dicht anschließenden Ventilgehäuse 26 und dem Kopfende 31 des Plungerkolbens 25 einen Druckraum 32. Das Futterstück 30 ist von als Abstandhalter dienenden Ringen 33 und 34 umgeben, die mit radialen Flächenteilen 35 aneinander anliegen. Die äußere bzw. in F i g. 1 linke radiale Stirnfläche 36 des Abstandsringes 33 liegt an der radialen Ringfläche 24 des Kopfstückes 21 an, während die innere bzw. in Fig. 1 rechte radiale Stirnfläche des Abstandsringes 34 in der gleichen Ebene 38 mit der inneren Stirnfläche des Kopfstückes 21 liegt.

Zwischen dieser Ebene 38 und der Innenfläche 20 der Stirnwandung 19 des Zylinders 15 ist die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 39 bezeichnete Dichtung nach der Erfindung angeordnet. Die Dichtung 39 besteht aus mehreren Dichtungsscheiben und umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform zehn Dichtungsscheiben 40 bis 49. Jede der Dichtungsscheiben 40 bis 46 besteht aus einem Innenring 40«·» bis 46a und einem auf diesen warm aufgezogenen Außenring 40Zj bis 466. Ferner sind alle Dichtungsscheiben 40 bis 49 jeweils auf beiden Seiten mit radial verlaufenden ringförmigen Stirnflächen versehen, von denen die in Fig. 1 jeweils auf der linken Seite angeordneten Stirnflächen mit 4OL bis 49L und die in F i g. 1 jeweils auf der rechten Seite angeordneten Stirnflächen mit 40/? bis 49/? bezeichnet sind. Je zwei dicer Stirnflächen, z. B. 41/? und 42L, 42/? und 43L, 43/? und 44L, 44/? und 45L, 45/? und 46L, 46/? und 47L, 47/? und 48L sowie 48/? und 49L liegen mit dichter Flächenberührung aneinander an. Die äußere Stirnfläche 4OL der am weitesten links bzw. am Kopfende angeordneten Dichtungsscheibe 40 liegt in der Ebene 38 dicht an dem Futterstück 30 an, und die äußere Stirnfläche 49/? der am weitesten rechts bzw. am Kurbelende des Plungerkolbens 25 angeordneten Dichtungsscheibe 49 liegt dicht an der Innenfläche 20 der Stirnwand 19 des Zylinders 15 an.

Die Dichtungsscheiben 40 bis 49 werden zu einem

einheitlichen Ganzen durch mehrere im Umfangsabstand voneinander angeordnete, axial verlaufende Ankerbolzen zusammengehalten, von denen ein Ankerbolzen bei 50 in F i g. 1 gezeigt ist und die mit ihren mit Gewinde versehenen Enden in Gewindebohrungen der am weitesten rechts angeordneten Dichtungsscheibe 49 eingeschraubt sind. Auf diese Weise kann die gesamte Dichtung 39 als Einheit in den Zylinder 15 eingesetzt oder aus ihm herausgenommen werden. Der Außenring 406 der am weitesten links angeordneten Dichtungsscheibe 40 trägt einen Dichtungsring 51, der dichtschließend an der zylindrischen Innenfläche 18 der Seitenwandung 16 des Zylinders 15 anliegt Ein solcher Dichtungsring 52 ist auch an der am weitesten rechts angeordneten Dichtungsscheibe 49 angeordnet Die dazwischenliegenden Dichtungsscheiben 41 bis 48 sind an ihrem Umfang etwas kurzer, um eine die Dichtung umgebende Kammer 53 zur Durchleitung eines Kühlmittels zu bilden.

Der Plungerkolben 25 ist bei seinem Hin- und Hergang durch eine Führungshülse 54 geführt, die an der Dichtungsscheibe 41 angeordnet ist und deren Führungsfläche ein Schmiermittel über einen radial verlaufenden Kanal 55, der mit einem Schmiermittelanschluß 56 verbunden ist, zugeführt wird. Ebenso sind die Dichtungsscheiben 43 und 45 mit radialen Zuführungskanälen 58 versehen, die mit Schmiermittelanschlüssen

59 verbunden sind, so daß der Gleitfläche des Plungerkolbens 25 an im axialen Abstand voneinander angeordneten Stellen Schmiermittel zugeführt werden kann.

An dem Innenring 40a der Dichtungsscheibe 40 sowie an dem Innenring 42a der Dichtungsscheibe 42 ist jeweils ein zusammenhängender massiver Drosselring

60 bzw. 61 angeordnet, der an der Gleitfläche des Plungerkolbens 25 anliegt Außerdem sind an den Dichtungsscheiben 43 und 44 Dichtungsring-Zusammensetzungen 62 und an den Dichtungsscheiben 45 bis 48 Ringzusammensetzungen 63 etwas anderer Art angeordnet

Gemäß Fig.2 ist der Innenring 40a der Dichtungsscheibe 40 zur Aufnahme des Drosselringes 60 mit einer ringförmigen Drosselrinne 64 versehen, die eine zylindrische Grundfläche 65 und eine radial verlaufende Seitenfläche 66 aufweist die beide an dem Innenring 40a ausgebildet sind und deren Verbindungskante zur Bildung einer Ausrundung 68 konkav abgerundet ist Die andere Seitenfläche der Drosselrinne 64 ist durch den inneren Randbereich der radialen Stirnfläche 41Z, des Innenringes 41a der Dichtungsscheibe 41 gebildet Der in der Drosselrinne 64 angeordnete massive Drosselring 60 ist mit zueinander parallelen, ebenen und radial verlaufenden Flachseiten 69 und 70 versehen, von denen die eine Fäachseite 69 zur abdichtenden Anlage an der Seitenfläche 66 und die andere Flachsehe 70 zur Berührung mit der Seitenfläche 41L bestimmt ist Die der Abrundung 68 zugewendete äußere Eckkante des Drosselringes 60 ist mit einer Abschrägung 71 versehen, damit ein Preßsitz des Drosselringes in der Drosselrinne 64 vermieden wird.

Die Flachseite 70 ist mit mehreren radial verlaufenden Drosselnuten 72 versehen, die eine Verbindung zwischen dem Innen- und dem Außenumfang des Drosselringes 60 herstellen und von denen gemäß F i g. 7 drei Drosselnuten angeordnet sind. Damit auf die Flachseiten 69,70 Druck ausgeübt werden kann, ist die innere Eckkante an jeder Seite des Ringes 60, wie bei 73 gezeigt ist unterschnitten. Die innere Umfangsfläche 74 des Drosselringes 60 ist zylindrisch und enthält eine mittlere Ringnut 75. Sie liegt dicht an der Umfangsfläche des Plungerkolbens an.

Der Innenring 42a der Dichtungsscheibe 42 ist wie in Fig.3 gezeigt ist, ebenfalls mit einer ebene radiale Seitenflächen aufweisenden Drosselrinne 76 versehen. Auch diese Rinne besitzt eine an dem Innenring ausgebildete zylindrische Grundfläche 78 und eine radiale Seitenfläche 79, deren Verbindungskante zur

ίο Bildung einer Ausrundung 80 konkav abgerundet ist Die andere Seitenfläche der Drosselrinne 76 ist durch einen Teil der Seitenfläche 43L des Innenringes 43a der Dichtungsscheibe 43 gebildet In der Drosselrinne 76 ist der massive Drosselring 61 angeordnet der in ähnlicher Weise wie der Drosselring 60 ausgebildet ist nur mit dem Unterschied, daß die hier mit 82 bezeichneten radialen Drosselnuten an seiner linken Rachseite angeordnet sind. Wie Fig.8 zeigt sind ebenfalls drei Nuten 82 an dem Drosselring 61 ausgebildet Die Nuten 82 haben aber einen kleineren Durchlaßquerschnitt als die Nuten 72 des Drosselringes 60. Im übrigen ist der Drosselring 61 auf der linken Seite mit einer ebenen Anlagefläche 83 und auf der anderen Seite mit einer ebenen Anlagefläche 84 versehen. Ebenso ist die der Ausrundung 80 zugewendete Eckkante 85 abgeschrägt und jede innere Eckkante mit einer Unterschneidung 86 versehen. Auch weist die zylindrische innere Umfangsfläche 88 des Drosselringes 61 eine mittlere Ringnut auf. Gemäß Fig.4 ist in der Dichtungsscheibe 43 eine ähnliche Dichtungsrinne 90 mit einer zylindrischen Grundfläche 91 und einer radialen Seitenfläche 92 angeordnet die mit der Grundfläche 91 durch eine die Eckkante abrundenden Ausrundung 93 verbunden ist Die andere Seitenfläche der Dichtungsrinne 90 ist durch die linke Stirnfläche 44L des Innenringes 44a der Dichtungsscheibe 44 gebildet

In der Dichtungsrinne 90 ist eine Dichtungsring-Zusammensetzung 62 angeordnet die auch der Dichtungsring-Zusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 44 entspricht und aus einem mit radialen Flachseiten versehenen, gemäß Fig. 10 aus drei Segmenten 95 gebildeten Segmentring 94 sowie einem ebenfalls mit radialen Flachseiten versehenen durchgehenden massiven Dichtungsring 102 besteht Die Segmente 95 des Segmentringes 94 sind durch radiale Fugen 96 voneinander getrennt. Die der Ausrundung 93 zugewendete äußere Eckkante des Segmentringes 94 ist mit einer Abschrägung 98 versehen. Ferner ist in der äußeren Umfangsfläche des Segmentringes 94 eine Ringnut 99 angeordnet in der eine in sich geschlossene Ringfeder 100 gelagert ist die bei der dargestellten Ausführungsform als mit ihren Enden verbundene, schraubenförmig gewundene Zugfeder ausgebildet ist und die von ihr umfaßten Segmente 95 nach innen zusammendrückt so daß die Innenflächen 101 der Segmente 95, die zusammen eine zylindrische Anlagefläche bilden, dichtschließend an die Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 angedrückt werden. In den radialen Fugen 96 ist dabei, wenn die Innenflächen 101 des Segmentringes 94 in Berührung mit der Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 sind, noch ein gewisses Spiel vorhanden.

Der massive Dichtungsring 102 und der aus den Segmenten 95 gebildete Dichtungsring 94 liegen in der radialen Fuge 103 aneinander an, während die äußere Stirnfläche 104 des massiven Dichtungsringes 102 an der linken Stirnfläche 44Z- der Dichtungsscheibe 44 dichtschließend anliegt Die dem Kurbelende zugewen-

dcte innere Eckkante des Dichtungsringes 102 ist mit einer Unterschneidung 105 versehen. Im übrigen weist die zylindrische innere Umfangsfläche 107 des Dichtungsringes 102 keine Unterbrechung auf und liegt abdichtend an der Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 an.

Die in den Dichtungsscheiben 45 bis 48 angeordneten Dichtungsring-Zusammensetzungen 63 sind entsprechend F i g. 5 ausgebildet. Zu ihrer Aufnahme ist jeweils eine mit radialen Seitenflächen versehene Dichtungsrinne 106 mit einer zylindrischen Grundfläche 108 angeordnet, die mit der einen radialen Seitenfläche 109 wiederum durch eine konkav gerundete Ausrundung 110 verbunden ist. Die dem Kurbelende zugewendete Seitenfläche der Dichtungsrinne 106 ist durch die radiale Seitenfläche 46L des Innenrings 46a der Dichtungsscheibe 46 gebildet. Jede Ringzusammensetzung 63 besteht aus einem auf der linken Seite (Fig.5) angeordneten Segmentring 111 und einem an diesem rechts anliegenden Segmentring 112, die beide mit ihren einander zugewendeten Innenflächen in der Fuge 123 dicht aneinander anliegen.

Der Segmentring 111 besteht aus drei Segmenten 113 mit jeweils ebenen radialen Flachseiten, die durch radiale Fugen 114 voneinander getrennt sind, vgl. Fig. 12. Die der Ausrundung 110 zugewendete äußere Eckkante jedes Segmentes 113 ist mit einer Abschrägung 115 versehen. Die äußere Umfangsfläche des Segmentringes 111 weist eine Ringnut 117 auf, in der eine in sich geschlossene Feder 116 angeordnet ist. Die Feder 116 ist wiederum in Form einer endlosen, schraubenförmig gewundenen Zugfeder ausgebildet, welche die Segmente 113 nach innen zusammenzieht, so daß die Segmente mit ihren inneren Umfangsflächen 118 abdichtend an die Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 angepreßt werden. In dieser Lage ist in den Stoßfugen 114 zwischen den Segmenten 113 noch ein gewisses Spiel vorhanden.

Der Segmentring 112 besteht ebenfalls aus mehreren Segmenten 119, die jeweils mit ebenen radialen Flachseiten versehen sind und von denen gemäß F i g. 13 z. B. drei vorgesehen sind. Die einander zugewendeten Enden benachbarter Segmente 119 sind mit einander übergreifenden flachen Berührungsflächen versehen, die gegeneinander gleiten können und jeweils eine etwa tangential verlaufende Berührungsfuge 120 bilden. An den inneren Enden dieser Fugen ist zwischen radial verlaufenden Endflächen der Segmente jeweils ein kleiner Zwischenraum 121 vorhanden, der die gegenseitige Gleitbewegung der die Fugen 120 bildenden Segmente 119 ermöglicht.

Wie aus Fig.5 ersichtlich, ist der Segmentring 112 mit einer Umfangsnut 127 versehen, in der eine in sich geschlossene Feder 128, die ebenso wie die anderen Federn durch eine endlose schraubenförmig gewundene Zugfeder gebildet ist, angeordnet ist. Die Feder 128 hält die Segmente 119 in gegenseitiger Gleitberührung, wodurch die innere Umfangsfläche 122 jedes Segmentes des Segmentringes 112 gegen die Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 gedrückt wird. Die dem Kurbelende zugekehrte äußere Stirnfläche 124 des Segmentringes 112 liegt dichtschließend an der Seitenfläche 46L der Dichtungsscheibe 46 an.

Die Segmentringe 111 und 112 sind in der Umfangsrichtung gesehen so zueinander angeordnet, daß die durchgehenden Seitenflächen der einzelnen Segmente der beiden Segmentringe jeweils die Fugen 114 bzw. 120 und die Zwischenräume 121 gegenseitig überdecken. Diese Anordnung wird durch einen die beiden Ringe verbindenden Stift 125 gesichert, der an einem der Segmente 119 angeordnet ist, in eine entsprechende Bohrung 126 in einem der Segmente 113 eingreift.

Wenn der Plungerkolben 25 beim Kompressionshub nach links bewegt wird, so wird das gasförmige Fluid in dem Druckraum 32 stark komprimiert und unter hohem Druck, der z. B. etwa 2500 kg/cm² betragen kann, über den Druckdurchlaß 29 ausgetrieben. Bei solch hohem Druck versucht das Fluid am Umfang des Plungerkolbens 25 entlang über die Dichtung 39 zu entweichen, und zwar in der Hauptsache durch den zwischen den gegenüberliegenden Umfangsflächen der Dichtungsscheiben 40 bis 48 und des Plungerkolbens bestehenden schmalen Ringspalt.

Die Aufgabe des zusammenhängend massiven Drosselringes 60 besteht darin, ein kontrolliertes Entweichen von Fluid an diesem Ring vorbei in Richtung auf die Drossel- bzw. Dichtungsringe zu ermöglichen. Das Fluid kann hierbei durch den schmalen Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 74 des Drosselringes 60 und dem Plungerkolben 25 sowie durch den schmalen Spalt, der zwischen der Flachseite 69 des Drosselringes 60 und der Seitenfläche 66 der Drosselrinne 64 besteht, ferner durch den Spalt zwischen der Umfangsfläche des Drosselringes 60 und der Grundfläche 65 der Drosselrinne 64 und durch die Drosselnuten 72 hindurchtreten, die den Durchtritt auf ein begrenztes Maß drosseln und einen begrenzten Druckabfall bewirken.

Das an dem Drosselring 60 durchgetretene Fluid gelangt zu dem Drosselring 61. Etwas von diesem Fluid kann unmittelbar durch das radiale Spiel zwischen den Flächen des Drosselringes 61 und dem Plungerkolben 25 hindurchtreten. Anderes Fluid, das durch die Nuten 82 durchtritt, drückt den Drosselring 61 mit seiner Flachseite 84 fest gegen die Seitenfläche 43L der Dichtungsscheibe 43. Zugleich wirkt dieses in der Drosselrinne 76 unter Druck stehende Fluid auf den Außenumfang des Drosselringes 61 ein, so daß der Drosselring einem dreiachsigen Druck ausgesetzt wird, der zu einer Verringerung seines Durchmessers führt, die innerhalb der elastischen Grenzen des den Ring bildenden Werkstoffes direkt proportional zu dem Druck ist. Die auf den Drosselring 61 einwirkenden Kräfte verlaufen dabei axial, radial und in der Umfangsrichtung, weshalb die Zusammendrückung als dreiachsig bezeichnet ist

Bei Anordnung eines solchen massiven Drosselringes in einer den Plungerkolben umgebenden Drosselrinne, in deren Umgebung hoher Druck herrscht und die mit kontrollierten Einbauzwischenräumen versehen ist, wird durch die Druckanwendung der Ring in Berührung oder nahezu in Berührung mit dem Plungerkolben gebracht und an dem Ring ein Druckabfall herbeigeführt, der den Ring in feste, abdichtende Berührung mit dem Plungerkolben zieht. Wenn ein solcher massiver Drosselring in abdichtender Berührung mit dem Plungerkolben ist, so entsteht bei der Hin- und Herbewegung des Plungerkolbens in dem Dichtungsring Reibungswärme, die eine Ausdehnung des Dichtungsringes hervorruft und den Anpreßdruck verringert, mit dem der Drosselring an dem Plungerkolben anliegt. Infolgedessen besitzt der massive Drosselring die Fähigkeit, den Anlagedruck an dem Plungerkolben zu regulieren. Wie der Drosselring dabei im einzelnen wirkt, hängt von dem Elastizitätsmodul des den Ring bildenden Werkstoffes, der Querdehnungsziffer bzw.

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der Poissonscheii Konstanten, der Größe des auf den Ring ausgeübten Druckes und der Wärmedehnung des Ringwerkstoffes ab.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß Fluid, das an dem Drosselring 61 vorbeigegangen ist, dann zu der kombinierten Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 43 gelangt. Der Druck dieses Fluids ist etwas geringer, aber noch hoch genug, um den zusammenhängenden massiven Ring 102 (Fig.4) ebenfalls einem dreiachsigen Druck auszusetzen und eine Verringerung seines Durchmessers herbeizuführen, so daß der zylindrische Innenumfang 107 des Ringes in selbstregulierende Berührung mit der Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 kommt. Zugleich wird die radial verlaufende Flachseite 104 des massiven Dichtungsringes 102 in abdichtende Anlage an die Seitenfläche 44L der Dichtungsscheibe 44 gebracht. Bevor jedoch der massive Ring 102 dem dreiachsigen Druck ausgesetzt wird, führt der Druck des Fluids eine Zusammenziehung des Segmentringes 94 herbei, so daß dieser durch den in der Dichtungsrinne 90 herrschenden Druck des Fluids mit seiner inneren Umfangsfläche 101 in feste abdichtende Anlage an die Umfangsfläche des Plungerkolbens 25 gedrückt wird.

Die kombinierte Ringzusammensetzung 62 ist erforderlich, weil die vorhergehenden Drosselringe 60 und 61 die Druckhöhe und den Druckunterschied verringert haben, so daß ein massiver Ring allein nicht in der angegebenen Weise wirken könnte. Der zusätzliche Segmentring 94 in Verbindung mit dem massiven Ring 102 verringert den Durchtrittsbereich und vergrößert den Druckabfall an dem massiven Ring, so daß dieser in der beschriebenen Weise abdichtend angepreßt wird.

Jede der beiden in Fig. 1 gezeigten kombinierten Ringzusammensetzungen 62 enthält daher einen dreiachsig unter Druck gesetzten massiven Dichtungsring, der eine radiale Abdichtung und an seiner dem Kurbelende des Plungerkolbens zugewendeten Flachseite mit der betreffenden Dichtungsrinne eine axiale Abdichtung herbeiführt. Die radiale Abdichtung wird durch die Wirkung des zugeordneten Segmentringes 94 ergänzt. Die durchgehende innere Seitenfläche des massiven Ringes 102 verschließt oder überdeckt dabei die radialen Fugen 96 des Segmentringes 94.

Die kombinierte Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 43 ruft einen weiteren Druckabfall des an dem Plungerkolben 25 entlang in Richtung auf dessen Kurbelende zu durchtretenden Fluids herbei, der dann an der kombinierten Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 44 noch vergrößert wird. Jedoch sind die Druckhöhen, in der die beiden Ringzusammensetzungen 62 arbeiten, noch groß genug, um den jeweiligen massiven Dichtungsring 102 dem dreiachsigen Druck auszusetzen, obgleich der Druck für die Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 44 niedriger ist, als der Druck für die Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 43.

F i g. 1 zeigt weiter, daß das an der letzten Ringzusammensetzung 62 durchtretende Fluid dann zu der ersten Ringzusammensetzung 63 in der Dichtungsscheibe 45 kommt. Diese erste Ringzusammensetzung 63 ruft eine wirksamere Abdichtung als die in Richtung auf das Kurbelende der Dichtung 39 zu folgenden Ringzusammensetzungen 63 hervor. An der letzten in Fig. 1 am rechten Ende angeordneten Ringzusammensetzung 63 ist jedoch eine im wesentlichen vollkommene Abdichtung erreicht und jeglicher Durchtritt von Fluid an dem Plungerkolben 25 entlang unterbunden.

Jede der Ringzusammensetzungen 63 arbeitet derart, daß durch den in der jeweiligen Dichtungsrinne 106 auftretenden Druck beide Segmentringe 111 und 112 in feste abdichtende Berührung mit dem Umfang des Plungerkolbens 25 gebracht werden und zugleich die dem Kurbelende zugekehrten Flachseiten der Segmentringe 112 in abdichtende Anlage an die Seitenflächen 46L, 47L, 4SL und 49L der entsprechenden Dichtungsscheiben 46 bis 49 angepreßt werden, so daß die

ίο Außenkanten der tangentialen Fugen 120 in dem jeweiligen Segmentring 112 durch diese Flächen überdeckt werden. Die Innenkanten dieser tangentialen Fugen 120 an den dem Kurbelende abgewendeten Flachseiten der Segmentringe 112 werden dabei durch

is die durchgehenden Flächenteile des Segmentringes 111 überdeckt. Ebenso werden die Innenkanten der radialen Fugen 114 in den Segmentringen 111 einzeln durch die durchgehenden Flächenteile der Segmentringe 112 überdeckt bzw. verschlossen.

Die Anwendung mehrerer massiver Dichtungsringe mit niedriger Anlageintensität an dem Plungerkolben, an denen jeweils ein kleiner Teil des Fluids durchtritt bevor eine vollkommene Dichtung erreicht wird, erbringt eine Verteilung des Druckunterschieds über eine Anzahl von Dichtungsringen und ergibt eine längere Lebensdauer für die Dichtungsringe.

In dieser Weise wird der in dem Druckraum 32 beim Druckhub des Plungerkolbens 25 erreichte hohe Druck durch die verschiedenen Drossel- bzw. Dichtungsringe und Ringzusammensetzungen 60 bis 63 erniedrigt, wobei zwischen den verschiedenen Drossel- bzw. Dichtungsringen und Ringzusammensclzungen jeweils Bereiche von unter solchem Druck sichenden Fluid verbleiben, daß beim Umkehren der Bewegung des Plungerkolbens zu Beginn des Saughubes der Druck in dem Druckraum 32 unter denjenigen Druck verringert wird, der in den Bereichen zwischen einigen der verschiedenen Drossel- bzw. Dichtungsringe und Ringzusammensetzungen 60 bis 63 erreicht wird.

Hierdurch wird ein Rückströmen von Fluid auf den Raum 32 zu hervorgerufen.

Wenn dieses Rückströmen zu schnell zugelassen würde, so würde der größte Druckunterschied an einigen der Segmentringe, z. B. an den Segmentringen 94 der Ringzusammensetzungen 62, zu einer plötzlichen Vergrößerung derselben führen, da der Druck in die Spalten der Fugen 96 eindringen könnte. Da die Neigung zu einer solchen Vergrößerung der Zugkraft der in sich geschlossenen Zugfeder 100 entgegenwirkt, würde dies zur Ermüdung dieser Feder und zum Aufbrechen der Ringsegmente führen. Gebrochene Haltefedern könnten dann in Berührung mit dem Plungerkolben kommen und sehr nachteilige Beschädigungen und Splitterungen der Umfangsfläche des Plungerkolbens verursachen. Dies wird gemäß der Erfindung durch ein kontrolliertes Rückströmen von Fluid zu dem Raum 32 vermieden.

Dieses kontrollierte Rückströmen erfolgt zum Teil durch die Nuten 82 in dem einstückigen massiven Drosselring 61, durch die das Fluid beim Durchströmen durch die Drosselrinne 76 um den Ring herum hindurchfließt. In der Hauptsache wird jedoch das Zurückströmen von Fluid durch den Drosselring 60 kontrolliert, der als Hemmring wirkt. Beim Zurückströmen von Fluid ist der Druck auf der in Fig. 1 und 2 rechten Seite des Drosselringes 60 höher als der Druck auf der linken Seite desselben, so daß die linke Flachseite 69 des Drosselringes 60 in abdichtende

Anlage an die radiale Seitenfläche 66 der Drosselrinne 64 angepreßt wird. Das Durchtreten von Fluid durch den Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 74 des Drosselringes und dem Plungerkolben verhindert dabei ein plötzliches Zurückströmen und lenkt dieses in ruhige Bahnen.

Die in F i g. 1 dargestellte Dichtung 39 mit zwei massiven Drosselringen 60, 61 der angegebenen Art, zwei kombinierte Ringzusammensetzungen 62 und vier Ringzusammensetzungen 63 aus je zwei Segmentringen ist für extrem hohe Drücke bestimmt.

Die Anwendung eines durchgehenden massiven Drossel- bzw. Dichtungsringes ermöglicht einen geringeren Anpreßdruck an dem Plungerkolben und führt zu

längerer Lebensdauer. Wenn auch der geringere Anpreßdruck mit einer geringeren Dichtungswirkung verbunden ist, so ist dies doch insofern von Vorteil, als der Dichtungsdruck auf mehrere Dichtungselemente der Gesamtdichtung verteilt und hierdurch die Lebensdauer der Dichtung als Ganzes verlängert wird. Ein durchgehender massiver Drossel- bzw. Dichtungsring bietet ferner konstruktive Vorteile, da er nicht so leicht bricht wie ein Segmentring und durch Druckunterschie-

K) de in umgekehrter Richtung nicht so schädlich beansprucht wird wie Segmentringe.

Maßnahmen, die in der Beschreibung aufgeführt, nicht jedoch im Patentbegehren gekennzeichnet sind, gehören nicht zum Wesen der Erfindung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dichtung für Hochdruckkompressoren und -pumpen mit einem ein Kurbel- und Kopfende aufweisenden, hin- und hergehenden Plungerkolben und mehreren, den Plungerkolben umgebenden Drossel- und Dichtungsgliedern, die jeweils mit einer inneren Öffnung zur axialen Führung des Kolbens, sowie mit den Kolben umfassenden Drossel- bzw. Dichtungsrinnen versehen sind und die Drosselrinnen hintereinander am Kopfende des Kolbens und daran anschließend die Dichtungsrinnen in Richtung auf das Kurbelende angeordnet sind, wobei in den Drosselrinnen jeweils ein massiver Drosselring, der quer zur Kolbenachse eine glatte Anlagefläche und in der Gegenfläche Drosselnuten aufweist und in Dichtungsrinnen Segment-Dichtungsringe paarweise angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselnuten (72,82) in den massiven Drosselringen (60,61) in der ersten (64) und zweiten (76) Drosselrinne einander zugewandt sind und in den folgenden Dichtungsrinnen (90, 106) in an sich bekannter Weise ein massiver (102, 112) und ein Segment-Dichtungsring (94,111) angeordnet sind.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselnuten (82) im zweiten Drosselring (61) einen geringeren Querschnitt als die Drosselnuten (72) im ersten Drosselring (60) aufweisen.