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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur
Verbindung eines Kolbens mit einem Rückstellelement einer
Radialkolbenpumpe, wobei der Kolben in einem Zylinder beweglich
gelagert ist, über das Rückstellelement rückstellbar ist und
mit einem Kolbenschuh in Kontakt steht.
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Radialkolbenpumpen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. In Fig. 4 ist eine vereinfachte Schnittansicht von
wesentlichen Bauteilen einer Radialkolbenpumpe gezeigt. Bei
der in Fig. 4 dargestellten Radialkolbenpumpe handelt es
sich um eine Pumpe mit innerer Abstützung, bei der eine
Hubbewegung eines Exzenters 17 mit Hilfe eine Exzenterringes 13
über einen Kolbenschuh 3 auf die in Radialrichtung
oszillierenden Kolben 2 übertragen wird. Aus Gründen einer
vereinfachten Darstellung ist in Fig. 4 nur ein Kolben 2
dargestellt. Der Kolben 2 ist in einem Zylinder 4 gelagert und
eine Rückstellung des Kolbens 2 aus seiner oberen
Totpunktposition erfolgt mittels einer Rückstellfeder 6, eines
Stützkolbens 5 und eines Ringelements 14. Das Ringelement 14 wird
mittels Aufschrumpfen oder Aufpressen an dem Kolben 2
befestigt. Dadurch ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem Kolben 2 und dem Ringelement 14. Beim
Rückstellen des Kolbens 2 wirkt die Federkraft der Feder 6 über den
Stützkolben 5 direkt auf das Ringelement 14.
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Im Betrieb treten nun häufig Beschädigungen des Ringelements
14 auf, da zum einen die Rückstellkraft der Feder 6 über das
Ringelement 14 übertragen wird und zum anderen das
Ringelement 14 fest am Kolben 2 befestigt sein muss. Daher muss der
Werkstoff des Ringelements 14 derart gewählt werden, dass zum
einen keine Risse aufgrund von auftretenden
Biegebeanspruchungen durch die Federkraft oder in Folge des
Aufschrumpfungsprozesses auftreten und zum anderen muss der
Pressverband zwischen dem Ringelement 14 und dem Kolben 2 ausreichend
fest sein.
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Daher wurde im Stand der Technik ein Ringelement
vorgeschlagen, welches den Gegensatz von unterschiedlichen
Materialanforderungen an das Ringelement eliminiert. Ein derartiges
Ringelement ist in Fig. 5 dargestellt. Hierbei wurden die
Funktionen, die das Ringelement ausführt, auf zwei Bauteile
übertragen. Hierbei ist einerseits ein Ringfuß 14 vorgesehen,
welcher in bekannter Weise auf den Kolben 2 aufgeschrumpft
ist. Weiterhin ist als zweites Bauteil eine Lochscheibe 15
vorgesehen, welche an einem kleinen Absatz des Ringfußes 14
angreift und somit eine Rückstellung des Kolbens 2 aus seiner
oberen Totpunktlage durch die Rückstellfeder 6 ermöglicht.
Somit können die Werkstoffe für die beiden Bauteile 14 und 15
jeweils optimal ausgewählt werden. Dadurch kann der Ringfuß
14 aus einem relativ zähen Material hergestellt werden, um
ein einfaches Aufschrumpfen zu ermöglichen und die
Lochscheibe 15 kann aus einem sehr harten Material hergestellt werden,
um die auftretenden Biegebeanspruchungen aufzunehmen.
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Die bekannten Verbindungselemente zur Verbindung des Kolbens
2 mit dem Kolbenschuh 3 haben jedoch den Nachteil, dass sie
relativ aufwendig in der Herstellung und der Montage sind und
damit sehr teuer. Weiterhin sind geeignete Werkstoffe für
gute Pressverbände fertigungstechnisch nur schlecht
bearbeitbar.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verbindungselement zur Verbindung eines Kolbens mit einem
Rückstellelement bereitzustellen, welches einfach und
kostengünstig herstellbar ist und eine sichere Verbindung der beiden
Bauteile ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungselement mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Beim erfindungsgemäßen Verbindungselement zur Verbindung
eines Kolbens mit einem Rückstellelement einer
Radialkolbenpumpe wird die Verbindung nicht mehr kraftschlüssig, sondern
formschlüssig ausgeführt. Dadurch kann auf das im Stand der
Technik verwendete aufwendige Aufschrumpfen bzw. Aufpressen
des Ringelements auf den Kolben verzichtet werden. Durch die
Vereinfachung des Montageprozesses erhöht sich zum einen die
Prozesssicherheit und zum anderen ergeben sich deutliche
Kostenvorteile. Weiterhin kann die Geometrie des
erfindungsgemäßen Verbindungselements sehr einfach ausgebildet werden.
Durch eine einfach durchführbare Abziehprüfung kann
beispielsweise eine fehlerhafte Montage beim erfindungsgemäßen
Verbindungselement sofort erkannt werden. Gegebenenfalls
rastet das erfindungsgemäße Verbindungselement richtig ein und
stellt somit den Formschluss bereit oder es wird bei der
Abziehprüfung vom Kolben abgezogen. Dadurch kann eine
fehlerhafte Montage immer absolut sicher erkannt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist das Verbindungselement zweiteilig aus einem ersten
Teil und einem zweiten Teil gebildet. Das erste Teil ist
dabei formschlüssig in einer im Kolben gebildeten Aussparung
angeordnet und das zweite Teil liegt einerseits am ersten
Teil an und steht andererseits mit dem Kolbenschuh in
Verbindung. Dadurch können für die beiden Teile des
Verbindungselements unterschiedliche Materialien verwendet werden, so dass
die beiden Teile jeweils hinsichtlich ihrer funktionalen
Verwendung optimiert werden können. Vorzugsweise ist das erste
Teil als Sicherungsring oder Sprengring ausgebildet, so dass
Standardbauteile für das erste Teil verwendet werden können.
Dadurch ergeben sich erhebliche Kostenvorteile. Weiterhin
bevorzugt ist das zweite Teil als einfach zu fertigende
Lochscheibe ausgebildet, so dass sich auch hier
herstellungsbedingte Kostenvorteile erzielen lassen. Da das
Verbindungselement auch mit dem Kolbenschuh in Verbindung steht, kann es
gleichzeitig auch eine Rückstellung des Kolbenschuhs
ermöglichen. Es sei angemerkt, dass das Rückstellelement dabei
mittelbar oder unmittelbar mit dem Kolbenschuh in Kontakt sein
kann.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement als ein einteiliges,
im Wesentlichen ringförmiges Bauteil ausgebildet. Dabei
stellt ein Innenbereich des Verbindungselements eine
formschlüssige Verbindung mit dem Kolben bereit. Ein Außenbereich
des Verbindungselements stellt eine Verbindung mit dem
Rückstellelement bzw. dem Kolbenschuh bereit. Somit kann gemäß
dieser bevorzugten Ausgestaltung die Bauteileanzahl reduziert
werden, so dass sich eine besonders schnelle und einfache
Montage ergibt. Vorzugsweise ist der Innenbereich des
Verbindungselements durch mindestens eine, aus einer Hauptebene des
einstückigen Verbindungselements herausgebogenen Fläche
gebildet. Besonders bevorzugt wird der Innenbereich, welcher
die formschlüssige Verbindung bereitstellt, durch vier
symmetrisch angeordnete, gleiche Flächen bereitgestellt. Dadurch
ergibt sich eine sehr gute Kraftverteilung. Da die Flächen
für die formschlüssige Verbindung einfach aus dem Grundkörper
des Verbindungselements nach unten herausgebogen werden
können, ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige
Herstellbarkeit.
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Vorzugsweise ist die Aussparung im Kolben für die
formschlüssige Verbindung als Ringnut ausgebildet. Dadurch kann die
Aussparung ebenfalls einfach und kostengünstig im Kolben
vorgesehen werden. Es sei angemerkt, dass es jedoch auch möglich
ist, dass im Kolben Aussparungen entsprechend den jeweiligen
Eingriffsbereichen des Verbindungselements zur Herstellung
der formschlüssigen Verbindung ausgebildet sein können.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In der Zeichnung ist:
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Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines
Verbindungselements gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines
Verbindungselements gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 3 eine schematische Draufsicht des in Fig. 2
gezeigten Verbindungselements,
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Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines
Verbindungselements gemäß dem Stand der Technik und
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Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines
Verbindungselements gemäß einem weiteren Stand der
Technik.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein
Verbindungselement 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Verbindungselement 1
zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Teil sowie ein zweites
Teil. Das erste Teil ist ein Sicherungsring 7 und ist
formschlüssig in einer in einem Kolben 2 gebildeten Nut 9
angeordnet. Das zweite Teil ist als Lochscheibe 8 ausgebildet,
deren Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser
des Kolbens 2 ist.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Innenbereich der
Lochscheibe 8 derart mit dem Sicherungsring 7 in Kontakt, dass er
auf dem Sicherungsring 7 aufliegt. Am Außenbereich befindet
sich die Lochscheibe 8 einerseits mit einem Kolbenschuh 3 in
Verbindung und andererseits liegt die Lochscheibe 8 an einem
Absatz eines Stützkolbens 5 auf. Die Lochscheibe liegt dabei
auf der vom Kolbenschuh 3 weg gerichteten Seite das
Sicherungsrings auf. Die Lochscheibe 8 umfasst eine erste äußere
Ebene, in welcher sie einerseits mit dem Kolbenschuh 3 und
andererseits mit dem Stützkolben 5 in Kontakt steht, eine
zweite innere Ebene, mit welcher sie mit dem Sicherungsring 7
in Kontakt steht und einen sich verjüngenden Bereich, welcher
die äußere und die innere Ebene miteinander verbindet.
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Der Stützkolben 5 wird mittels einer Rückstellfeder 6 bewegt,
um eine Rückstellung des Kolbens 2 von seiner oberen
Totpunktlage zu ermöglichen. Der Kolben 2 ist in einem Zylinder
4 hin- und herbeweglich gelagert. Die Rückstellung des
Kolbens 2 erfolgt dabei aus der in Fig. 1 dargestellten oberen
Totpunktlage über den Stützkolben 5 und den Außenbereich der
Lochscheibe 8, wodurch der Kolben 2 über den Innenbereich der
Lochscheibe 8 und den Sicherungsring 7 nach unten gedrückt
wird. Gleichzeitig wird auch der Kolbenschuh 3 über den
Stützkolben 5 und die Lochscheibe 8 zurückgestellt.
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Die Nut 9 im Kolben 2 ist als Ringnut ausgebildet, so dass
als erstes Teil 7 ein kostengünstiger Standardsicherungsring
oder ein Sprengring verwendet werden kann.
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Da nun eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kolben 2
und der Rückstellfeder 6 ausgebildet ist, ergeben sich
deutlich weniger Probleme durch Materialermüdungen am
Verbindungselement 1 als bei den im Stand der Technik verwendeten
kraftschlüssigen Verbindungen. Somit kann erfindungsgemäß auf
das nachteilige Aufschrumpfen bzw. Aufpressen des
Verbindungselements auf den Kolben verzichtet werden.
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In den Fig. 2 und 3 ist ein Verbindungselement 1 gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile
mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten
Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Verbindungselement 1 gemäß
dem zweiten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet.
Dadurch kann die Teileanzahl reduziert werden und insbesondere
die Herstellkosten sowie die Montagekosten für das
Verbindungselement 1 deutlich gesenkt werden.
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Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfasst das
Verbindungselement 1 einen Innenbereich 11 und einen
Außenbereich 12. Der Innenbereich 11 ermöglicht die formschlüssige
Verbindung zwischen dem Verbindungselement 1 und dem Kolben
2. Der Außenbereich 12 dient zur Aufnahme und Übertragung der
Federkraft der Rückstellfeder 6, um den Kolben 2 aus seiner
oberen Totpunktlage wieder zurückzustellen.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, sind am Innenbereich 11 des
Verbindungselements 1 vier Eingriffsflächen 10 gebildet, welche in
eine im Kolben 2 gebildete Nut 9 eingreifen, um eine
formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 1 und
dem Kolben 2 herzustellen. Die Eingriffsflächen 10 werden
dabei durch Ausstanzen und Herausbiegen aus einer Grundebene E
des im Wesentlichen scheibenförmigen Verbindungselements 1
hergestellt. Ebenfalls werden die Außenbereiche 12 durch
Umbiegen des äußeren Randes des Verbindungselements 1 aus der
Grundebene E hergestellt. Dabei sind die Außenbereiche 12 in
einer anderen Ebene als die Innenbereiche 11 angeordnet (vgl.
Fig. 2).
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Das Verbindungselement 1 kann beispielsweise durch Ausstanzen
aus einem blechartigen Material und anschließendem Umbiegen
der Innenbereiche zu den Eingriffsflächen 10 bzw. des äußeren
Randes zum Außenbereich 12 hergestellt werden.
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Es sei angemerkt, dass sowohl die Geometrie der Nut 9 als
auch die Geometrie der Eingriffsflächen 10 des
Verbindungselements 1 beliebig wählbar sind. Für eine einfache
Herstellung ist es jedoch bevorzugt, dass einfache geometrische
Formen verwendet werden. Beispielsweise ist die Nut 9 als
Ringnut ausgebildet.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verbindungselement 1 zur Verbindung eines Kolbens 2 mit einem Kolbenschuh 3
einer Radialkolbenpumpe. Der Kolben 2 ist beweglich in einem
Zylinder 4 gelagert und über ein Rückstellelement 6 aus
seiner oberen Totpunktlage rückstellbar. Das Verbindungselement
1 ist dabei mit dem Kolben 2 formschlüssig verbunden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene
Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den
Erfindungsumfang zu verlassen.