DE4108105C2 - Kolben für die Pumpe eines Hochdruckreinigungsgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen zwei- oder mehrteiligen Kolben für die Pumpe eines Hochdruckreinigungsgerätes mit einem aus Hartstoff und mit einem aus Metall bestehenden Teil, die miteinander durch eine Preßsitzverbindung klemmend ver­ bunden sind.

Bei Hubkolbenpumpen, insbesondere im Hochdruckreini­ gungsbereich, ist die Verwendung von Keramikmaterial für die Kolben aus Gründen der Chemieresistenz, aus Gründen der mechanischen Verschleißfestigkeit und aus Gründen der Ge­ wichtseinsparung von Vorteil. Es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten dadurch, daß die Übertragung der Antriebs­ kräfte auf den Kolben üblicherweise durch metallische Ver­ bindungsglieder erfolgen muß, die dann in irgendeiner Weise mit dem keramischen Teil des Kolbens verbunden werden müssen.

Es ist bekannt, mehrteilige Kolben, bei denen ein Teil aus Keramik und ein anderer Teil aus Metall besteht, dadurch herzustellen, daß der metallische Teil und der Keramikteil miteinander verklebt oder über ein Gewinde miteinander ver­ schraubt werden. Außerdem ist bereits beschrieben worden, daß ein mit einer Keramikhülse versehener Metallkolben dadurch hergestellt wird, daß die Keramikhülse auf der Außenfläche des Metallkolbens durch Preßsitz gehalten wird (DE 34 20 615 A1).

Aus der DE 89 10 468 U1 ist ein zwei- oder mehrteiliger Kolben für die Pumpe eines Hochdruckreinigungsgerätes bekannt, bei dem ein aus Hartstoff und ein aus Metall bestehendes Teil durch Aufdrücken miteinander verbunden sind. Dies wird durch einen Zuganker erreicht, der in einer durchgehenden Längsbohrung des Hartstoffteiles angeordnet ist. Insgesamt ergibt sich damit eine relativ komplizierte Konstruktion.

Nachdem Keramikmaterial oder andere harte Materialien mit geringer Zugfestigkeit, z. B. auch Hartmetalle oder Sonderwerkstoffe, die nachstehend insgesamt als Hartstoffe bezeichnet werden, nur sehr geringfügig auf Zug belastet werden kann, ergeben sich bei einer solchen Preßsitzlagerung jedoch konstruktive Schwierigkeiten, der Hartstoff kann sehr leicht reißen, wenn die beim Preßsitz auftretenden Klemmkräfte zu groß werden. Andererseits muß die Klemmung so kräftig erfolgen, daß eine einwandfreie Verbindung der beiden Teile sichergestellt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Kolben so auszubilden, daß einerseits durch eine Klemmverbindung eine ausreichend dauerhafte Verbindung der beiden Kolbenteile erfolgen kann und daß andererseits trotzdem eine Beschädigung insbesondere der Hartstoffteile durch zu hohe Klemmkräfte vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Kolben der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen beiden Teilen zur Übertragung der Klemmkräfte im Querschnitt ringförmige, elastisch zusammendrückbare Klemmelemente angeordnet sind, die an beiden Teilen klemmend anliegen und dadurch elastisch zusammengedrückt sind.

Die Klemmkräfte werden also nicht dadurch aufgebracht, daß die beiden Teile unmittelbar gegeneinander geklemmt werden, sondern es werden zwischen beide Teile verformbare Klemm­ elemente eingelegt, durch deren Verformung die notwendigen Klemmkräfte genau gesteuert werden können. Insbesondere ist es möglich, die Klemmkräfte durch geeignete Formgebung über die gesamte Klemmfläche möglichst gleichmäßig zu verteilen, um so auf diese Weise lokale Spannungsspitzen zu vermeiden, die auftreten können, wenn die beiden Kolbenteile unmittel­ bar zusammengepreßt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Klemmelemente quer zur Umfangsrichtung geschlitzt sind. Sie können dann in einfacher Weise elastisch aufgebogen und zusammengedrückt werden.

Günstig ist es, wenn die Klemmelemente aus Metall bestehen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Klemmelemente längs ihres Umfanges gewellt sind, wobei die Wellen quer zur Umfangsrichtung verlaufen. Diese Klemmelemente liegen somit linienförmig an den jeweiligen Klemmflächen der beiden Kolben an, erreichen dort erhöhte Klemmkräfte und verteilen diese trotzdem gleichmäßig über den gesamten Umfang, da alle Wellen des Klemmelementes in gleicher Weise längs des Umfanges ver­ teilt an den beiden Kolbenteilen anliegen.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß beide Teile des Kolbens hülsenförmig ausgebildet sind und daß beide Teile des Kolbens klemmend auf einen Kern aufgeschoben sind, der durch ein Klemmelement gebildet wird. Dieses Klemmelement erstreckt sich somit über die Länge beider Teile und bildet einen beide Hülsen zusammen­ haltenden Kern.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß beide Teile des Kolbens hülsenförmig ausgebildet sind und daß beide Teile des Kolbens klemmend auf einen Kern aufge­ schoben sind, der für jede Hülse mindestens ein Klemmele­ ment trägt. Bei dieser Ausgestaltung ist also ein separater Kern in beide Hülsen eingeschoben, der selbst noch nicht klemmt. Dieser Kern trägt die Klemmelemente, die die Preß­ sitzverbindung herstellen. Diese zweite Ausführungsform hat den Vorteil, daß eine bessere Zentrierung möglich ist, da der Kern durch geeignete Formgebung die entsprechende Zentrierung bewerkstelligen kann, während er gleichzeitig die Klemmelemente, z. B. in Umfangsnuten, trägt.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß eines der beiden Teile hülsenförmig und das andere in Form eines in die Hülse lose passenden Stiftes ausgebil­ det ist und daß mindestens ein Klemmelement zwischen Hülse und Stift angeordnet ist. Bei einer solchen Konstruktion dient also eines der beiden Teile selbst als Verbindungs­ element, das über ein Klemmelement dann mit dem anderen Teil verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Klemmelemente in Umfangsnuten eines der beiden Teile einge­ legt und dadurch in Axialrichtung fixiert sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Außendurchmesser des Stiftes und der Innendurchmesser der Hülse so aufeinan­ der abgestimmt sind, daß beide Teile axial lose gegeneinan­ der verschieblich und in radialer Richtung exakt zentriert sind. Der Stift und die Hülse übernehmen somit die gegen­ seitige Führung in radialer Richtung, während die Klemmele­ mente für die Fixierung gegen axiale Verschiebung sorgen.

Um die radiale Führung zu ermöglichen, kann weiterhin vor­ gesehen sein, daß die Klemmelemente so weit elastisch zu­ sammendrückbar sind, daß sie nicht über die Umfangsfläche des Teiles hervorstehen, in dessen Umfangsnut sie eingelegt sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der metallische Kolbenteil einen stiftförmigen Fortsatz auf, der in den hülsenförmigen Teil aus Keramik oder einen anderen Hart­ stoff eingeschoben ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des hülsenförmigen Teils und des metalli­ schen Kolbenteils gleich ist, der gesamte, aus zwei Teilen zusammengesetzte Kolben hat dann über seine gesamte Länge einen einheitlichen Außendurchmesser.

Eine verlängerte Ausgestaltung eines Kolbens erhält man, wenn zwischen dem hülsenförmigen Teil aus Keramik oder einem anderen Hartstoff und dem metallischen Kolbenteil mindestens eine weitere Hülse klemmend auf den stiftförmigen Fortsatz des metallischen Kolbenteils aufgeschoben ist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Hartstoffteil als kompakter Kolben ausgebildet ist, der klemmend in den hülsenförmig ausgebildeten metallischen Kolbenteil eingeschoben ist. In diesem Falle befindet sich das elastisch verformbare Klemmelement vorzugsweise in einer Umfangsnut in der Innenwand des metallischen, hülsen­ förmigen Teils.

Der Hartstoffteil ist dabei vorzugsweise über seine ge­ samte Länge kreiszylindrisch geformt, so daß sich im Über­ gangsbereich zwischen Hartstoffteil und metallischem Teil eine stufenförmige Erweiterung ausbildet.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zweiteiligen Kolbens vor dem Zusammensetzen;

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht des Kolbens der Fig. 1 nach dem Zusammensetzen;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 mit einem durch eine Zwischenhülse verlängertem Kolben;

Fig. 4 eine Längsschnittansicht eines Kolbens mit zwei hülsenförmigen Teilen, die durch einen einge­ legten Kern miteinander verbunden sind;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs Linie 5-5 in Fig. 4 und

Fig. 6 eine Längsschnittansicht eines weiteren bevor­ zugten Ausführungsbeispiels eines zweiteiligen Kolbens mit einem kompakten Keramikteil und einem hülsenförmigen Metallteil.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kolben 1 umfaßt einen hülsenförmigen, einseitig abgeschlossenen Teil 2 aus einem Hartstoff, insbesondere aus einem Keramikmaterial, sowie einen zylindrischen Teil 3 aus Metall, der einen stiftför­ migen, kreiszylindrischen Fortsatz 4 trägt, dessen Außen­ durchmesser dem Innendurchmesser des hülsenförmigen Teils 2 entspricht. Der Außendurchmesser des hülsenförmigen Teils 2 ist gleich gewählt wie der Außendurchmesser des metalli­ schen Teils 3.

Der stiftförmige Fortsatz 4 weist zwei Umfangsnuten 5 auf, in die jeweils ein ringförmiges Klemmelement 6 eingelegt ist. Jedes dieser Klemmelemente 6, die aus Metall, bei­ spielsweise aus Federstahl bestehen, ist quer zur Umfangs­ richtung geschlitzt und außerdem in Umfangsrichtung gewellt ausgebildet, wobei die Wellen 7 parallel zu den Schlitzen 8 verlaufen, d. h. ebenfalls senkrecht zur Umfangsrichtung. Die Wellen 7 ragen bei unverformtem Klemmelement 6 gering­ fügig über die Umfangsfläche 9 des stiftförmigen Fortsatzes 4 hervor, die Klemmelemente 6 sind so elastisch zusammen­ drückbar, daß die Wellen 7 vollständig in die Umfangsnuten 5 eingedrückt werden können.

Die beiden Teile 2 und 3 werden dadurch miteinander verbun­ den, daß der Fortsatz 4 in den hülsenförmigen Teil einge­ schoben wird. Dabei legen sich die Klemmelemente 6 mit ih­ ren Wellen 7 an die Innenwand des hülsenförmigen Teiles 2 an, die Klemmelemente 6 werden dadurch elastisch in die Um­ fangsnuten 5 hineingedrückt. Die dabei auftretenden Klemm­ kräfte fixieren den Fortsatz 4 im hülsenförmigen Teil 2 in axialer Richtung mit einer Kraft, die dafür ausreicht, im normalen Betrieb eine Trennung der beiden Teile mit Sicher­ heit zu verhindern. Die Anpreßkräfte werden über den gesam­ ten Umfang gleichmäßig verteilt, so daß an keiner Stelle lokale Spitzen auftreten, die eine Beschädigung der kerami­ schen Hülse durch Zugkräfte hervorrufen könnten.

Nach dem Zusammenstecken fluchten die Außenflächen der Tei­ le 2 und 3, wie dies in Fig. 2 deutlich wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist im wesentlichen der gleiche Aufbau gewählt, einander entsprechende Teile tragen daher dieselben Bezugszeichen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist dabei der metallische Teil 3 kürzer ausgebildet, dafür ist der Fortsatz 4 ent­ sprechend länger gewählt. Auf diesen Fortsatz 4 ist zwi­ schen dem metallischen Teil 3 und dem hülsenförmigen kera­ mischen Teil 2 eine zusätzliche Keramikhülse 10 aufgescho­ ben, so daß insgesamt eine dreiteilige Außenfläche des Kol­ bens entsteht. Auch diese Keramikhülse 10 ist in gleicher Weise durch auf den Fortsatz 4 aufgesetzte Klemmelemente 6 in axialer Richtung festgelegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5, bei dem wie­ der einander entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen tragen, ist der metallische Teil 3 im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 ebenfalls hülsenför­ mig ausgebildet und trägt keinen stiftförmigen Fortsatz 4. Sowohl der hülsenförmige metallische Teil 3 als auch der hülsenförmige keramische Teil 2 sind auf einen gemeinsamen Kern 11 aufgeschoben, der als längsgeschlitztes Rohr aus Metall ausgebildet ist, vorzugsweise aus Federstahl. Dieser Kern 11 wird durch das Aufschieben der hülsenförmigen Teile 2 und 3 elastisch zusammengedrückt und liegt daher federnd an den Innenwänden der Teile 2 und 3 an. Diese werden da­ durch in axialer Richtung und auch in radialer Richtung fi­ xiert.

Der Kern 11 könnte abweichend von der Darstellung der Fig. 4 und 5 auch durch einen kompakten Kern gebildet werden, der ähnlich ausgebildet ist wie der Fortsatz 4 beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 und 2, d. h. dieser kompakte Kern könnte in Umfangsnuten eingelegte Klemmelemente tragen, die ausgebildet sind wie die Klemmelemente 6.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform könnte der Kern 11 zwar in ähnlicher Weise wie im Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 4 und 5 dargestellt als geschlitztes Rohr ausgebildet sein, dies könnte jedoch zusätzlich in Um­ fangsrichtung Wellen tragen, die den Wellen 7 des Klemmele­ mentes 6 entsprechen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 wird ein kompaktes, kreiszylindrisches keramisches Teil 12 in ein hülsenförmig ausgebildetes metallisches Teil 13 des Kolbens eingescho­ ben. Die Abmessungen sind so gewählt, daß das keramische Teil im metallischen Teil in axialer Richtung lose ver­ schieblich, in radialer Richtung jedoch zentriert geführt ist. In eine Umfangsnut 15 in der Innenwand 14 des metal­ lischen Teils 13 ist ein Klemmelement 16 eingelegt, daß vollständig dem Klemmelemente 6 gemäß Fig. 1 und 2 ent­ spricht. Es ist also in Längsrichtung geschlitzt und in Um­ fangsrichtung gewellt.

Bei dieser Konstruktion ergibt sich also ein stufiger Kol­ ben, bei dem die Radialführung durch die Abmessungen der beiden Teile 12 und 13 erfolgt, die Axialfixierung dagegen durch das Klemmelement 16.

Claims (15)

1. Zwei- oder mehrteiliger Kolben für die Pumpe eines Hochdruckreinigungsgerätes mit einem aus Hartstoff und mit einem aus Metall bestehenden Teil, die miteinander durch eine Preßsitzverbindung klemmend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet daß zwischen beiden Teilen (2, 3; 12, 13) zur Über­ tragung der Klemmkräfte im Querschnitt ringförmige, elastisch zusammendrückbare Klemmelemente (6; 16) an­ geordnet sind, die an beiden Teilen (2, 3; 12, 13) klemmend anliegend und dadurch elastisch zusammenge­ drückt sind.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (6; 16) quer zur Umfangsrichtung geschlitzt sind.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Klemmelemente (6; 16) aus Metall beste­ hen.

4. Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (6; 16) längs ihres Umfanges gewellt sind, wobei die Wellen (7) quer zur Umfangsrichtung verlaufen.

5. Kolben nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Teile (2, 3) des Kol­ bens (1) hülsenförmig ausgebildet sind und daß beide Teile (2, 3) des Kolbens (1) klemmend auf einen Kern (11) aufgeschoben sind, der durch ein Klemmelement gebildet wird.

6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Teile (2, 3) des Kolbens (1) hülsenförmig ausgebildet sind und daß beide Teile (2, 3) des Kolbens (1) klemmend auf einen Kern (11) auf­ geschoben sind, der für jedes hülsenförmige Teil (2, 3) mindestens ein Klemmelement (6) trägt.

7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eines der beiden Teile (2) hülsen­ förmig und das andere zumindest teilweise in Form eines in das hülsenförmige Teil (2) lose passenden Stiftes (4) ausgebildet ist und daß mindestens ein Klemmelement (6) zwischen hülsenförmigem Teil (2) und Stift (4) angeordnet ist.

8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (6) in Umfangsnuten (5) eines der beiden Teile (2, 3) eingelegt und dadurch in Axial­ richtung fixiert sind.

9. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Stiftes (4) und der Innen­ durchmesser des hülsenförmigen Teils (2) so aufeinan­ der abgestimmt sind, daß beide Teile (2, 3) axial lose gegeneinander verschieblich und in radialer Richtung exakt zentriert sind.

10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (6) soweit elastisch zusammendrück­ bar sind, daß sie nicht über die Umfangsfläche (9; 14) des Teiles (4, 13) hervorstehen, in dessen Umfangsnut (5, 15) sie eingelegt sind.

11. Kolben nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der metallische Kolbenteil (3) einen stiftförmigen Fortsatz aufweist, der in den hülsenförmigen Teil (2) aus Keramik oder einem anderen Hartstoff eingeschoben ist.

12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des hülsenförmigen Teils (2) und des metallischen Kolbenteils (3) gleich ist.

13. Kolben nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem hülsenförmigen Teil (2) aus Ke­ ramik oder einem anderen Hartstoff und dem metalli­ schen Kolbenteil (3) mindestens eine weitere Hülse (10) klemmend auf den stiftförmigen Fortsatz (4) des metallischen Kolbenteils (3) aufgeschoben ist.

14. Kolben nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hartstoffteil (12) als kom­ pakter Kolben ausgebildet ist, der klemmend in den hülsenförmig ausgebildeten metallischen Kolbenteil (13) eingeschoben ist.

15. Kolben nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoffteil (12) über seine gesamte Länge kreiszylindrisch geformt ist.