DE3611952A1

DE3611952A1 - Kolbenpumpe mit verbesserter abdichtung

Info

Publication number: DE3611952A1
Application number: DE19863611952
Authority: DE
Inventors: Thomas John Brooklyn Park Minn. Gustafson; Frederick Allan Maple Grove Minn. Powers
Original assignee: Graco Inc
Current assignee: Graco Inc
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1986-10-16
Anticipated expiration: 2006-04-10
Also published as: DE3611952C2; GB2187802B; JPS6238882A; GB2187802A; GB8608499D0; US4637295A; FR2580035A1

Description

"Kolbenpumpe mit verbesserter Abdichtung"

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für zähfließende und schmiergelnd wirkende Materialien _{; m}it einem Kolben, der in einer eine Zuflußöffnung aufweisenden Zylinderkammer eines zylindrischen Gehäuseteils und einer daran fluchtend anschließenden, eine Abflußöffnung aufweisenden Endkammer eines Verschlußteils hin- und he.'bewegbar ist und zumindest in der Zylinderkammer einen Durchfluß-Ringspalt zwischen seinem Kolbenaußenumfang und der Zylinderwand aufweist, und mit einem starren, zwischen dem Gehäuseteil und dem Verschlußteil eingeklemmten Abstützring, der einen elastischen, zwischen sich und dem Verschlußteil eingeklemmten Dichtring abstützt, wobei der Innendurchmesser des Dichtrings kleiner ist als der Außendurchmesser des Kolbens.

W Aus der US-PS 4 029 442 ist eine Pumpe bekannt, bei der der Dichtring üblicherweise aus einem relativ harten Nylonmaterial besteht.

«no 1017 inn inn Rm

Obwohl diese ringförmige Dichtung wirksam ist und eine sichere Abdichtung gegen den Kolben liefert und die Pumpenarbeit zuverlässig ermöglicht, sind doch der Kolben und die Dichtung wegen der außerordentlichen Schleif- oder Schmirgelwirkung des zu pumpenden Materials einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Dieser Verschleiß, insbesondere an den Dichtringen, ergibt sich daraus, daß Partikel mit scheuernder Wirkung sich in dem harten Dichtungsmaterial einbetten und die Dichtung auf diese Weise zu einem Komposit aus harten, schmiergelnden Teilen, eingelagert in Plastikmaterial wird, wobei das Plastikmaterial diese Partikel dauerhaft zurückhält und einlagert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung der genannten Gattung bereitzustellen, die insbesondere die Lebensdauer des Dichtrings und auch des Kolbens erhöht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstützring an seiner dem Dichtring zugewandten Seite im Bereich seiner Ringöffnung einen umlaufenden Abstützvorsprung aufweist und daß der elastische Dichtring aus einem relativ weichen Material besteht.

Der elastische Dichtring ist aufgrund seiner Materialeigenschaft besonders geeignet, ein Einlagern der schmiergelnden Partikel zu verhindern. Durch die besondere Ausbildung des Abstützrings wird gewährleistet, daß eine sichere Anlage des Dichtrings an dem Kolben stattfinden kann, ohne daß es bei dem Rückhohlhub zu einem Einklemmen des Dichtrings zwischen dem Kolben und dem Abstützring kommen kann. Darüberhinaus ist mit der erfindungsgemäßen Ausbildung gewährleistet, daß trotz des weichen Materials des Dichtrings die Pumpe mit den üblichen Drücken arbeiten kann, ohne das Leckagen an dieser Stelle zu befürchten wären.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung kann darin gesehen werden, daß der dem Dichtring zugewandte umlaufende Abstützvorsprung im Schnitt die Form einer rampenartigen Lippe aufweist.

Besonders vorteilhaft kann dabei sein, daß die rampenartige Lippe zumindest teilweise konkav ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der elastische Ring in eine Im wesentlichen konische Konfiguration gedrängt, selbst wenn kein Kontakt mit dem Kolben besteht, so daß zum einen die lichte Weite an der Stelle der Dichtung die eine Engstelle darstellt, vergrößert und zum anderen ein hartes Auftreffen des Kolbenrands auf den Dichtring verhindert wird, wodurch die Lebensdauer ebenfalls positiv beeinflußt wird.

X> Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Teil einer

Pumpe mit der erfindungsgemäßen Abdichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Details mit der Abdichtung während eines Pumpenhubs des Kolbens,

Fig. 3 eine Ansicht analog derjenigen aus Fig. 2, wobei der Kolben eine Rückwärtsbewegung durchführt.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Pumpe 12 dargestellt, wobei das Pumpengehäuse aus einem zylindrischen Gehäuseteil 14 und einem sich fluchtend daran anschließenden Verschlußteil 20 besteht. Das zylindrische Gehäuseteil definiert durch eine

innere Bohrung 16 eine Zylinderkammer 15j das Verschlußteil 20 durch eine innere Bohrung 22 eine Endkammer 21. Zwischen dem zylindrischen Gehäuseteil 14 und dem Verschlußteil 20 ist eine Abdichtung 10 angeordnet, die unten näher erläutert wird.

In der Zylinderkammer 15 ist ein Kolben 30 gleitend hin- und herbewegbar, wobei die Bewegung des Kolbens bis in die Endkammer des Verschlußteils hineinreicht. Der Kolben 30 wird über eine Kolbenstange 19 beaufschlagt. Die Kolbenstange 19 ihrerseits steht mit einer geeigneten Kraftquelle in Wirkverbindung.

In die Zylinderkammer 15 mündet eine Zuflußöffnung 17 hinein, durch welche das zu pumpende Material in die Pumpe eintritt. Die Endkammer 21 steht über eine Austrittsöffnung 11 mit einer nicht dargestellten Förderleitung in Strömungsverbindung. Sowohl in der Zufluß- als in der Abflußleitung hinter der Austrittsöffnung sind nicht dargestellte übliche Rückschlagsventile vorgesehen. Der Durchmesser des Kolbens,gemessen an seiner Kolbenaußenwand 32,ist wesentlich geringer als der Durchmesser der inneren Bohrung 16, so daß zwischen der Kolbenaußenwand 32 und der Wand der inneren Bohrung 16 ein Durchflußringspalt 23 verbleibt.

Die Pumpendichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem starren Abstützring 36, der zwischen dem zylindrischen Gehäuseteil 14 und dem Verschlußteil 20 eingespannt ist. Hierzu weist das zylindrische Gehäuseteil 14 eine plan ausgebildete Stirnwand 18 auf, an der der Abstützring mit einer ebenfalls plan ausgebildeten Seitenfläche 52 anliegt.

Der Abstützring weist einen Innendurchmesser 48 auf, der, wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 zu erkennen ist,

eine wesentlich geringere Abmessung auf, als der Ringspalt zwischen dem Kolben 30 und der Wand der Bohrung 16.

Als wesentliches Merkmal weist der Abstützring an seinem Innenumfang einen in Förderrichtung vortretenden Vorsprung auf, der eine im wesentlichen kegelstumpfförmige, rampenartige Lippe 56 definiert. Diese rampenartige Lippe ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an ihrer radial nach außen gerichteten Flanke mit einer konkaven Fläche versehen, die gleicni'örmig von dem der Klemmung dienenden Abschnitt des Abstützrings auf dessen dem Verschlußteil zugewandten Seite ^4 ausgeht und am Innenumfang 48 ausläuft. Dieser auslaufende Bereich ist jedoch nicht scharfkantig ausgebildet, sondern mit einer abgeflachten Oberfläche versehen.

Die dem Abstützring 36 zugewandte Stirnseite 26 des Verschlußteiis 20, die zusammen mit der Wand 18 des zylindrischen Gehäuseteil-^ 14 den Abstützring 36 einklemmt, ist in ihrem radial nach innen liegenden Bereich mit einer Absatzbohrung 24 versehen, in der ein elastischer Dichtring 38 im wesentlichen passend aufgenommen ist. Die Absatzbohrung 24 geht über einen abgefasten Bereich 28 in die innere Bohrung 22 des Verschlußteils über. Der elastische Dichtring 38 besteht

aus einem relativ weichen Material und ist im wesentlichen flach mit gleichförmiger Dicke ausgebildet. Sein Innendurchmesser 40 ist kleiner als der Außendurchmesser des Kolbens 30. Normalerweise ist der Dichtring 38 flach, er wird jedoch von dem Abstützring 36 in die in Fig. 1 dargestellte Form gedrückt, d.h. der Abschnitt des elastischen Dichtrings 38, der sich zwischen der konischen Krümmung der Lippe 56 und der Fase 28 befindet, wird konisch in Förderhubrichtung ausgebogen.

Der elastische Dichtring 38 besteht bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Polyurethanelastomer. Ein typischen Beispiel für eine geeignete Materialzusammensetzung ist ein solches Polyurethan, das die folgenden Eigenschaften besitzt:

Zugfestigkeit:

50 % Laugung - 21 kp/cm² (300 PSI)

100 % Längung - 53 kp/cm² (750 PSI)

Bruch - 309 kp/em² (4400 PSI)

Härte (Typ A)

ASTM D2240 - 85+5

Längung (auf Bruch)

ASTM. D 412 _ 550 %.

Wie insbesondere aus Pig. 2 zu erkennen ist, die die Abdichtsituation der Pumpendichtung während eines Förderhubs darstellt, erstreckt sich das radiale Ende 62 des Dichtungsrings 38 über die sich axial erstreckende Lippe 56 des Abstützrings 36 in axialer Richtung hinaus und liegt auf der Kolbenaußenwand 32 auf.

Im folgenden wird ein Pumpenvorgang, der einen Förder- und einen Ansaughub umfaßt, naher beschrieben. Es sei angenommen, daß sich der Kolben in der in Fig. 2 dargestellten Stellung befindet. Die Bewegungsrichtung des Kolbens ist durch den über der Bezugsziffer 30 eingezeichneten Richtungspfeil angegeben. Der Kolben bewegt sich somit in der Zeichnung von links nach rechts. In der Endkammer baut sich somit ein Druck auf, der durch die in dieser Kammer eingezeichneten Pfeile dargestellt wird. Der Druck prc-;it den freien Abschnitt des Dichtungsrings 38 auf die Kolbenaußenwand 32 des Kolbens 30 sowie in die konkav gekrümmte Flankenfläche der Lippe 56 hinein, wodurch die Endkammer gegenüber dem Ringspalt 23 und der Zylinderkammer 15 abgedichtet wird.

BAD ORiGfNAL

it ft

* tr

Der freie Abschnitt des Dichtrings bildet bei diesem Arbeitshub somit eine Abdichtung.

Während des zurücklaufenden Ansaughubs, bei dem sich die Rückschlagventile sowohl in der Förderleitung, als auch in der Zuführungsleitung schließen, entsteht ein Unterdruck in der Kammer 2 1 und das sich in der Kammer 15 befindende Material kann über den Ringspalt 23 und die anschließend frei werdende öffnung in dem Abstützring 36 in die Endkammer 21 einfließen. Während des rücklaufenden Hubs ist der Dichtring von dem Pumpendruck befreit, verbleibt aber infolge seiner Elastizität in Anlage an der Kolbenaußenfläche 32 und wirkt somit als Abstreifring. Wenn der Kolben 30 nach Erreichen seiner Ausgangsposition am der Endkammer 21 abgewandten Ende der zylindrischen Kammer 15 wieder mit dem Arbeitshub beginnt, schließt sich zunächst das der Zuflußöffnung zugeordnete Ventil, wohingegen das der Austrittsöffnung 11 zugeordnete Ventil nach Erreichen eines bestimmten vorgegebenen Drucks sich öffnet. Mit Beginn des Durchtritts des Kolbens durch die Dichtungsanordnung 10 öffnet sich das der Zuflußöffnung zugeordnete Ventil und mit fortschreitendem Arbeitshub dringt das in folgenden Arbeitshub zu pumpende Material in die Zylinderkammer 15 ein, während das sich in der Endkammer 22 befindende Material ausgepumpt wird.

uer innenrand der Abstutzscheibe'36 ist an ihrer der zylindrischen Kammer 15 zugewandten Seite 52 abgefast, um günstige Durchflußbedingungen um die Dichtungsanordnung 10 herum zu ermöglichen. Es versteht sich, daß die auf der dem Verschlußteil 20 zugewandten Seite 5^ des Abstützrings 36 im Bereich der Innenkante vorgesehene in axialer Richtung vorspringende Abstützlippe 5b auch eine andere geeignete Konfiguration aufweisen kann, beispielsweise kann die Flanke statt konkav gekrümmt zu verlaufen auch gerade sein, auch kann die

BAD ORIGINAL

Krümmung die Form eines Kreisbogens oder eine anders gekrümmte Form besitzen. Insbesondere kann für bestimmte Materialien vorgesehen sein, den in den Zylinderraum eindringenden Abschnitt des Abstützrings mit einer im wesentlichen in der Ebene des Rings liegende konkave Ausnehmung zu versehen, die in den umlaufenden Abstützvorsprung ausläuft.

Die Verwendung relativ weichen Materials für den Dichtungsring 38 in Verbindung mit dem Abstützring führt zu einer wesentlich höheren Betriebslebensdauer der Kolben-Dichtungoi'inganordnung, obwohl man erwarten könnte, daß sich das weichere Dichtungsmaterial schneller abnützt und eine tiefere Partikeleinbettung vorkommen könnte. Versuche haben jedoch gezeigt, daß wesentlich weniger Partikel im Dichtungsmaterial eingebettet werden, wodurch eine wesentlich höhere Standzeit für diese Anordnung erzielt wird.

- Leerseite -

Claims

1. Pumpe für zähfließende und schmiergelnd wirkende Materialien, mit einem Kolben, der in einer eine Zuflußöffnung aufweisenden Zylinderkammer eines zylindrischen Gehäuseteils und einer daran fluchtend anschließenden, eine Abflußöffnung aufweisenden Endkammer eines Verschlußteils hin- und herbewegbar ist und zumindest in der Zylinderkammer einen Durchfluß-Ringspalt zwischen seinem Kolbenaußenumfang und der Zylinderwand aufweist, und mit einem starren, zwischen dem Gehäuseteil und dem Verschlußteil eingeklemmten Abstützring, der einen elastischen, zwischen sich und dem Verschlußteil eingeklemmten Dichtring abstützt, wobei der Innendurchmesser des Dichtrings kleiner ist als der Außendurchmesser des Kolbens, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützring (36) an seiner dem Dichtring (38) zugewandten Seite (54) im Bereich seiner Ringöffnung (48) einen umlaufenden Abstützvorsprung (56) aufweist,

»J J» St · Cf I' »»ν»-

und daß der elastische Dichtring (38) aus einem relativ weichen Material besteht.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Dichtring(38) zugewandte umlaufende Abstützvorsprung (56) im Schnitt die Form einer rampenförmigen Lippe aufweist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Seite 54 des Abstützrings im Bereich des Abstützvorsprungs (56) zumindest teilweise konkav ausgebildet ist.

4. Pumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3₃ dadurch gekennzeichnet , daß der elastische Dichtungsring aus einem Polyarethaelastomer besteht.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Dichtungsring eine Härte von annähernd 80 - 90 gemäß ASTMl B 2240 besitzt.

6. Pumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Dichtungsring (38) eine Härte von etwa 85 gemäß ASTM. D 2240 besitzt.