DE19801146C1 - Kolbenpumpe für ein Hochdruckreinigungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für ein Hoch­ druckreinigungsgerät mit einem Pumpengehäuse, in dem mindestens eine Pumpkammer mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil angeordnet ist, in welche ein rezi­ prozierend angetriebener Kolben abgedichtet eintaucht, welches Pumpengehäuse einen Pumpenblock und einen Pum­ penkopf umfaßt, die an einer Trennfläche dicht aneinan­ der anliegen, wobei die Pumpkammern und/oder Verbin­ dungsleitungen die Trennfläche abgedichtet durchsetzen und im Bereich der Trennfläche von der Trennfläche her in die Pumpkammern und/oder die Verbindungsleitungen einschiebbare Einsätze aufnehmen, die in der eingescho­ benen Lage zwischen dem Pumpenblock und dem Pumpenkopf festgelegt sind.

Eine solche Kolbenpumpe ist beispielsweise in der DE 39 28 006 C2 oder in der DE 296 03 822 U1 beschrieben.

Im Bestreben, Kolbenpumpen für Hochdruckreinigungsgerä­ te zunehmend kompakter und leichter zu bauen, ist man vielfach dazu übergegangen, auch das Pumpengehäuse aus Kunststoff herzustellen. Schwierigkeiten ergeben sich bei dem Bau von Hochdruckpumpen dabei dadurch, daß im Bereich der Trennfläche zwischen Pumpenblock und Pum­ penkopf sehr hohe Kräfte auftreten können. Diese werden hervorgerufen durch Einsätze, die in die Pumpkammern oder die Verbindungsleitungen eingeschoben werden und die im Bereich der Trennfläche zwischen Pumpenkopf und Pumpenblock eingespannt werden. Auf diese Einsätze kön­ nen aufgrund des hohen Druckes der geförderten Medien große Kräfte in axialer Richtung wirken, und diese Kräfte müssen bei herkömmlichen Pumpenkonstruktionen dadurch aufgenommen werden, daß Pumpenkopf und Pumpen­ block gegeneinander gespannt werden. Dabei sind aufwen­ dige Sicherheitsmaßnahmen notwendig, um zu verhindern, daß durch die im Pumptakt auftretenden, pulsierenden Druckbeaufschlagungen ein "Atmen" des Pumpengehäuses auftritt, beispielsweise müssen die Pumpenköpfe mit Me­ tallhauben überfangen werden (DE 297 01 555 U1).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Kol­ benpumpe so auszugestalten, daß derartige Kräfte im An­ lagenbereich von Pumpenkopf und Pumpenblock vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumpkammern und die Verbindungsleitungen im Aufnah­ mebereich der Einsätze sowie die Einsätze aus einem thermisch erweichbaren Kunststoffmaterial bestehen und daß die Einsätze durch eine Schweißung mit der Wand der sie aufnehmenden Pumpkammer oder Verbindungsleitung verbunden sind.

Im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen werden die Einsätze in den Pumpkammern und Verbindungsleitungen also nicht dadurch festgelegt, daß sie zwischen Pumpen­ kopf und Pumpenblock eingespannt werden, sondern die Einsätze werden mit der sie umgebenden Wand des Pumpen­ kopfes oder des Pumpenblockes dauerhaft verschweißt.

Die Schweißung kann gemäß bevorzugter Ausführungsformen in verschiedener Weise ausgeführt werden, beispielswei­ se kann die Schweißung eine Ultraschallschweißung sein, eine Vibrationsschweißung, eine Reibschweißung oder ei­ ne Spiegelschweißung.

Bei einer Ultraschallschweißung werden die zu ver­ schweißenden Teile mit kleiner Amplitude und hoher Fre­ quenz gegeneinander bewegt, beispielsweise um die Längsachse der Pumpkammer oder der Verbindungsleitung gegeneinander verdreht, und durch diese Bewegung ent­ steht im Kontaktbereich eine so starke Erwärmung, daß das Kunststoffmaterial sowohl der umgebenden Wand als auch des Einsatzes schmilzt. Die geschmolzenen Kunst­ stoffmaterialien vermischen sich und bilden nach Erkal­ ten und der damit verbundenen Verfestigung eine zuver­ lässige Schweißverbindung zwischen dem Einsatz und der umgebenden Wand aus. Diese Schweißverbindung hat nicht nur den Vorteil, daß die Einsätze in der eingeschobenen Stellung in der Pumpkammer oder der Verbindungsleitung dauerhaft fixiert sind, sondern es werden über die Schweißverbindung auch alle axialen Kräfte aufgenommen, so daß im Bereich der Trennfläche zwischen Pumpenkopf und Pumpenblock keine axialen Kräfte übertragen werden müssen, die zu einem "Atmen" des Pumpengehäuses im Be­ trieb führen könnten. Schließlich ergibt sich eine op­ timale Abdichtung zwischen Einsatz und umgebender Wan­ dung, so daß in diesem Bereich auf zusätzliche Dichtun­ gen verzichtet werden kann, beispielsweise ist es nicht mehr notwendig, O-Ringdichtungen am Außenumfang der Einsätze anzuordnen.

Bei einer Vibrationsschweißung werden die zu ver­ schweißenden Teile mit gegenüber dem Ultraschall­ schweißen wesentlich geringerer Frequenz gegeneinander bewegt, und zwar durch Vibrieren eines der beiden zu verschweißenden Teile gegenüber dem anderen. Durch die dabei auftretende Relativbewegung und die Reibung zwi­ schen den zu verschweißenden Teilen erfolgt eine Erwär­ mung, die zur Erweichung des zu verschweißenden Materi­ als führt.

In ähnlicher Weise wird beim Reibschweißen vorgegangen, dabei werden die zu verschweißenden Teile durch eine mehr oder weniger kontinuierliche Bewegung und die da­ durch entstehende Reibungswärme erwärmt und aufge­ schmolzen.

Beim Spiegelschweißen schließlich werden im Bereich der Kontaktfläche der beiden miteinander zu verbindenden Teile dünne Heizelemente eingeführt, die nach dem Auf­ schmelzen des angrenzenden Materials entfernt werden. Das aufgeschmolzene Material kann sich dann innig mit­ einander vermischen und die Schweißverbindung ausbil­ den. Bei einem Einsatz, der in eine Pumpkammer oder Bohrung eingesetzt ist, könnten die dünnen Heizelemente beispielsweise nach Art einer Sektorenblende ausgebil­ det sein, die nach dem Aufheizen des Materials radial nach innen in das Innere des Einsatzes gezogen werden und dann nach Ausbildung der Schweißverbindung aus dem Einsatz herausgezogen werden können.

Günstig ist es, wenn der Einsatz eine Hülse ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der der Trennfläche abgewandte Rand der Hülse als Dichtsitz für einen Ventilkörper ausgebildet ist. Ein solcher Ventilkörper übt in axialer Richtung große Kräfte auf seinen Dichtsitz aus, diese Kräfte können durch die Ultraschallschweißung vom Einsatz direkt in die umgebende Wandung eingeleitet werden, ohne daß die­ se Kräfte auf den jeweils anderen Teil des Pumpengehäu­ ses übertragen werden.

Es ist auch günstig, wenn die Hülse als Dichthülse aus­ gebildet ist und über die Trennfläche hervorsteht. Der hervorstehende Teil kann dann in entsprechende Teile der Pumpkammern oder Verbindungsleitungen im jeweils anderen Teil des Pumpengehäuses eintauchen und dort ei­ ne Abdichtung im Trennflächenbereich bewirken.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vor­ gesehen, daß der Einsatz als Abstützung für eine Feder dient, die einen Ventilkörper gegen einen Dichtsitz schiebt.

Besonders günstig ist eine Ausgestaltung, bei der vor­ gesehen ist, daß der Einsatz und die diesen aufnehmende Pumpkammer oder Verbindungsleitung Ringschultern tra­ gen, die beim Einschieben des Einsatzes aneinander an­ schlagen und nach dem thermischen Erweichen ihres Mate­ rials durch die Ultraschallschweißung beim weiteren Einschieben der Einsätze verformt und miteinander ver­ schweißt werden.

Bei einer solchen Ausgestaltung schlagen also die Ring­ schultern in Einschubrichtung aneinander an, beim Ultraschallschweißen und der dadurch erzeugten Mikro­ bewegung der beiden Teile werden die Ringschultern in diesem Anlagebereich erwärmt, so daß das Material in diesem Bereich schmilzt und sich vermischt. Beim Ein­ pressen des Einsatzes erhält man auf diese Weise eine optimale Materialdurchdringung und damit eine zuverläs­ sige Schweißverbindung, die sich in axiale Richtung praktisch über die gesamte Einschubtiefe des Einsatzes erstreckt, beginnend mit der ersten Anlage der Ring­ schultern des Einsatzes bzw. der Pumpkammern oder Ver­ bindungsleitung.

Es ist auch möglich, Ringnuten in die einander zuge­ wandten Wandteile des Einsatzes bzw. der Pumpkammern oder Verbindungsleitungen einzuarbeiten, diese Ring­ nuten dienen der Aufnahme geschmolzenen Materials und führen zusätzlich zu einer formschlüssigen und materi­ alschlüssigen Verbindung des Einsatzes mit der umgeben­ den Wandung.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1: eine Längsschnittansicht durch eine Kolbenpumpe für ein Hochdruckreini­ gungsgerät;

Fig. 2: eine vergrößerte Detailschnittansicht des Pumpenblockes mit einem aufgesetz­ ten Ultraschallschweißwerkzeug vor der Durchführung der Schweißung und

Fig. 3: eine Ansicht ähnlich Fig. 2 ohne Ultraschallschweißwerkzeug nach Durch­ führung der Ultraschallschweißung.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer Kol­ benpumpe erläutert, bei der drei Kolben parallel zuein­ ander angeordnet sind, diese Kolben werden über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Taumelscheibe ange­ trieben. Es versteht sich aber, daß die Erfindung auch bei anders aufgebauten Kolbenpumpen Anwendung finden kann, bei denen das Pumpengehäuse in zwei Teile unter­ teilt ist, die längs einer Trennfläche aneinander an­ liegen.

Die in der Zeichnung dargestellte Hochdruckpumpe 1 um­ faßt ein Gehäuse 2 mit einem Pumpenblock 3 und einem Pumpenkopf 4. Pumpenblock 3 und Pumpenkopf 4 liegen entlang einer ebenen Trennfläche 5 flächig aneinander an und werden durch in der Zeichnung nicht dargestellte Spannmittel gegeneinander gespannt, beispielsweise durch Schrauben.

Der Pumpenblock 3 nimmt Pumpkammern 6 auf, in die je­ weils ein zylindrischer Kolben 7 eintaucht, dieser Kol­ ben 7 ist durch geeignete Dichtungen 8, 9, 10 gegenüber der Pumpkammer 6 abgedichtet. Der Kolben 7 wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Taumelscheibe oszillierend in die Pumpkammer 6 eingeschoben und durch eine ihn umgebende Schraubenfeder 11 wieder aus dieser herausgezogen, so daß sich das Volumen der Pumpkammer 6 periodisch ändert.

Die Pumpkammer 6 steht über eine Verbindungsleitung 12, die durch die Trennfläche 5 hindurchführt, mit einer Saugleitung 13 in Verbindung, die sich im Pumpenkopf 4 befindet. In gleicher Weise führt eine Verbindungslei­ tung 14 aus der Pumpkammer 6 durch die Trennfläche 5 hindurch zu einer Druckleitung 15 im Pumpenkopf 4, an diese Druckleitung 15 schließt sich eine Hochdrucklei­ tung 16 an, durch die gefördertes Reinigungsmedium in an sich bekannter Weise zu einer Abgabevorrichtung transportiert wird, beispielsweise einer Sprühlanze.

Die Verbindungsleitungen 12 und 14 sind im Bereich der Trennfläche 5 durch hülsenförmige Einsätze 17, 18 ge­ geneinander abgedichtet, die zu beiden Seiten der Trennfläche 5 in die Verbindungsleitungen 12 bzw. 14 eintauchen und dort teilweise über in Umfangsnuten 19 eingelegte O-Ringdichtungen 20 die Abdichtung zur umge­ benden Wand bewirken.

Der Einsatz 17 in der Verbindungsleitung 12 ist im we­ sentlichen eine zylindrische Hülse, deren zur Pumpkam­ mer 6 gewandter Rand 21 als Dichtsitz für einen längs­ verschieblichen Ventilkörper 22 ausgebildet ist, der durch eine Druckfeder 23 gegen den Rand 21 gedrückt ist. Diese Anordnung bildet ein Saugventil für die Pumpkammer 6.

Der hülsenförmige Einsatz 17 ist an seiner Außenseite mit mehreren Stufen oder Ringschultern 24 versehen, die in radialer Richtung eine sehr geringe Erstreckung auf­ weisen und den vorspringenden Ringschultern 25 an der Innenwand 26 der Verbindungsleitung 12 entsprechen.

Beim Einschieben des Einsatzes 17 in die Verbindungs­ leitung 12 schlagen die Ringschultern 24 und 25 gegen­ einander und verhindern auf diese Weise ein vollständi­ ges Einschieben. In dieser Lage wird auf das aus dem Pumpenblock 3 hervorstehende stirnseitige Ende des Ein­ satzes 17 ein Ultraschallschweißwerkzeug 27 aufgesetzt, welches durch Beaufschlagung mit Ultraschall den Ein­ satz 17 gleichzeitig in die Verbindungsleitung 12 ein­ drückt und den Einsatz 17 gegenüber der umgebenden In­ nenwand 26 geringfügig oszillierend bewegt. Durch die­ sen Andruck und die gleichzeitige periodische Bewegung ergibt sich im Kontaktbereich zwischen den Ringschul­ tern 24 und 25 eine starke Erwärmung des Materials, und diese Erwärmung führt dazu, daß das Material im Kon­ taktbereich aufschmilzt. Das aufgeschmolzene Material der Ringschultern 24 und 25 vermischt sich, und durch den vom Ultraschallschweißwerkzeug 27 ausgeübten axia­ len Vorschub kann der Einsatz 17 allmählich tiefer in die Verbindungsleitung 12 eingeschoben werden, wobei sich im Kontaktbereich eine Vermischung des aufge­ schmolzenen Materials von Innenwand 26 einerseits und Einsatz 17 andererseits ergibt.

Auf diese Weise wird der Einsatz 17 um eine bestimmte Vorschubstrecke in die Verbindungsleitung 12 eingescho­ ben, beispielsweise um 1 bis 5 mm, und über eine solche Einschubhöhe ergibt sich eine Schweißverbindung, die nach dem Erkalten des Materials nicht nur den Einsatz 17 in der Verbindungsleitung 12 zuverlässig festlegt, sondern auch eine allseitige Abdichtung des Einsatzes 17 gegenüber der umgebenden Innenwand 26 bewirkt.

In Fig. 2 ist der Zustand des Einsatzes 17 vor dem Schweißvorgang dargestellt, in Fig. 3 nach Beendigung des Schweißvorganges. Dabei sind die Bereiche, in denen das Material des Einsatzes einerseits und der Innenwand 26 andererseits sich zur Ausbildung einer Schweißver­ bindung vermischen, nur sehr schematisch dadurch darge­ stellt, daß entweder der Einsatz oder die Innenwand ge­ zeigt ist. Tatsächlich vermischen sich die Materialien im Kontaktbereich und gehören dann sowohl zum Einsatz als auch zur Innenwand.

Die hohen axialen Kräfte, die durch den Ventilkörper 22 auf den Einsatz 17 ausgeübt werden, werden nun aus­ schließlich durch diese Schweißverbindung in die Innen­ wand 26 des Pumpenblockes 3 eingeleitet, der Pumpenkopf 4 wird mit diesen axialen Kräften nicht beaufschlagt.

In ähnlicher Weise ist der Einsatz 18 als hülsenförmi­ ges Verbindungsstück ausgebildet, das die Verbindungs­ leitung 14 im Bereich der Trennfläche 5 überbrückt und gegenüber der Innenwand der Verbindungsleitung 14 so­ wohl im Pumpenblock 3 als auch im Pumpenkopf 4 über O- Ringdichtungen abgedichtet ist.

Dieser Einsatz 18 wird in ähnlicher Weise wie der Ein­ satz 17 durch eine Ultraschallschweißung in das pumpen­ blockseitige Ende der Verbindungsleitung 14 eingedrückt und eingeschweißt. Es wäre durchaus möglich, die pum­ penblockseitige O-Ringdichtung am Einsatz 18 wegzulas­ sen, da durch die Schweißverbindung bereits eine zuver­ lässige Abdichtung erfolgt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich an dem der Pumpkammer 6 zugewandten Ende des hülsenförmigen Einsatzes 18 eine Druckfeder 28 ab, die einen Ventil­ körper 29 gegen einen pumpenblockseitigen Dichtsitz 30 schiebt. Diese Anordnung bildet ein Druckventil der Pumpkammer 6, und auch diese Anordnung führt zu einer hohen axialen Kraftbeaufschlagung des hülsenförmigen Einsatzes 18. Auch diese axialen Kräfte werden durch die Schweißverbindung vollständig in den Pumpenblock 3 eingeleitet, so daß auch in diesem Falle keine Axial­ kräfte auf den Pumpenkopf 4 übertragen werden.

Insgesamt ergibt sich dadurch die Möglichkeit, den Pum­ penkopf 4 ohne besondere axiale Sicherungsmaßnahmen mit dem Pumpenblock 3 zu verbinden, der Aufbau wird insge­ samt deutlich vereinfacht.

Bei dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbei­ spiel erfolgt die Verbindung der Einsätze mit dem Pum­ penblock durch eine Ultraschallschweißung, diese Ver­ bindung kann aber bei abgewandelten Ausführungsbeispie­ len auch durch anders geartete Schweißungen erfolgen, insbesondere durch eine Vibrationsschweißung, eine Reibschweißung oder durch Spiegelschweißen.

Claims (10)

1. Kolbenpumpe für ein Hochdruckreinigungsgerät mit einem Pumpengehäuse, in dem mindestens eine Pump­ kammer mit einem Einlaßventil und einem Auslaß­ ventil angeordnet ist, in welche ein reziprozie­ rend angetriebener Kolben abgedichtet eintaucht, welches Pumpengehäuse einen Pumpenblock und einen Pumpenkopf umfaßt, die an einer Trennfläche dicht aneinander anliegen, wobei die Pumpkammern und/ oder Verbindungsleitungen die Trennfläche abge­ dichtet durchsetzen und im Bereich der Trennflä­ che von der Trennfläche her in die Pumpkammern und/oder die Verbindungsleitungen einschiebbare Einsätze aufnehmen, die in der eingeschobenen La­ ge zwischen dem Pumpenblock und dem Pumpenkopf festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkammern (6) und die Verbindungsleitungen (12, 14) im Aufnahmebereich der Einsätze (17, 18) so­ wie die Einsätze (17, 18) aus einem thermisch er­ weichbaren Kunststoffmaterial bestehen und daß die Einsätze (17, 18) durch eine Schweißung mit der Wand der sie aufnehmenden Pumpkammer (6) oder Verbindungsleitung (12, 14) verbunden sind.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schweißung eine Ultraschallschweis­ sung ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schweißung eine Vibrationsschweißung ist.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schweißung eine Reibschweißung ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schweißung eine Spiegelschweißung ist.

6. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (17, 18) eine Hülse ist.

7. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der der Trennfläche (5) abgewandte Rand (21) der Hülse als Dichtsitz für einen Ventilkör­ per (22) ausgebildet ist.

8. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hülse als Dichthülse ausgebildet ist und über die Trennfläche (5) hervorsteht.

9. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) als Abstützung für eine Feder (28) dient, die ei­ nen Ventilkörper (29) gegen einen Dichtsitz (30) schiebt.

10. Kolbenpumpe nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (17, 18) und die diesen aufnehmende Pumpkammer (6) oder Verbindungsleitung (12, 14) Ringschultern (24 bzw. 25) tragen, die beim Einschieben des Einsatzes (17, 18) aneinander anliegen und nach dem thermischen Erweichen ihres Materials durch die Schweißung beim weiteren Einschieben des Ein­ satzes (17, 18) verformt und miteinander ver­ schweißt werden.