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Anlage zur Eingabe vom 3.3.1982
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Verdrängerteil einer Hochdruckpumpe.
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Die Erfindung betrifft ein Verdrängerteil einer Hochdruckpumpe für
abrasive oder korrosive Flüssigkeiten, das aus einer Kolbenstange und einem an dieser
mittels einer lösbaren Verbindung befestigten Kolben aus oxidkeramischem Material
besteht.
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Pumpenkolben von Hochdruckpumpen für Waschaggregate, wie sie beispielsweise
in der Landwirtschaft zum Abspritzen von Ställen oder zum Reinigen von Maschinen,
wie auch im Automobilsektor zum Autoreinigen eingesetzt werden, unterliegen hohen
Beanspruchungen. Die Pumpen sind dabei im allgcmeinen als Kolbenpumpen ausgeführt,
bei denen 2-6 Zylinder auf einer Kurbelwelle arbeiten. Sie erreichen Drücke, die
zwischen 80 und 180 bar liegen. Als Reinigungsflüssigkeit werden meist scharfe Alkalien
eingesetzt. Die Temperaturen der Reinigungsflüssigkeiten betragen 80 und mehr Grad
C. Die bisher als Kolben eingesetzten beschichteten oder hartverchromten Stahlhülsen
wurden über eine Spannschraube mit der Kolbenstange verbunden. Alternativ zu diesen
Stahlhülsen hat man entsprechende Hülsen aus gesinterter Oxidkeramik eingesetzt,
die analog verbunden waren. Als Metall für die Kolbenstange wurde ein nichtrostendes
Material, also im allgemeinen ein hochlegierter Stahl verwandt.
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Mit dem Einsatz einer Keramikhülse als Kolben, konnte bereits weitgehend
die Anforderung an die Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit des Kolbens,
sowie Lebensdauer der Manschette, berücksichtigt werden. Schwierigkeiten ergaben
sich jedoch durch die Befestigung dieser Keramikhülse auf der Kolbenstange. In vielen
Fällen korrodierte die Schraube oder vertrug sich nicht mit dem Fördermedium, in
das sie eintaucht. In allen Fällen war es erforderlich, eine Abdichtung gegenüber
der Keramikhülse zu fertigen, die ausgesprochen aufwendig war.
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Nur durch einen O-Ring mit dahinter angeordnetem Führungsring und
einer Kupferscheibe konnte gewährleistet werden, daß die Abdichtung über einen längeren
Zeitraum Bestand hatte. Außerdem mußten beide Stirnseiten der Keramikhülse plangeschliffen
werden, um ein Zerstören des Kolbens durch beim Verspannen auftretende Biegekräfte
zu vermeiden.
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Die Anordnung des O-Rings für die Dichtung erforderte zusätzlich das
Einschleifen einer Fase im Eingriffsbereich des O-Ringes in das Keramikrohr, um
die Gefahr des Zerquetschens des O-Ringes bei der Montage zu verhindern. Das Zerquetschen
ergab eine mangelhafte Dichtung, die zur Korrosion innerhalb des Kolbens führte,
oder im Saughub den Kolben durch höheren Innendruck zerstörte. Auch durch das Anbringen
der Fase wurde die Gefahr, daß ein O-Ring bei schneller Montage zerquetscht wurde,
nicht völlig verhindert. Da die Kolben nach einer gewissen Arbeitszeit gelöst werden
müssen, um die verschlissenen Dichtmanschetten, die auf diesem Kolben gleiten, auszuwechseln,
ist es absolut erforderlich, daß die Verbindung zwischen Kolben und Kolbenstange
nicht korrodieren kann, d.h., vom Fördermedium völlig getrennt
sein
muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindung zwischen
Kolben und Kolbenstange zu finden, die auch beim Einsatz in korrosiven und abrasiven
Medien nach langer Lauf zeit lösbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Kombination folgender Merkmale.
Der Kolben ist als zylindrischer Körper ausgeführt und mit einer Sacklochbohrung
versehen. Die Sacklochbo-hrung weist eine zylindrische Ausnehmung auf, das Sackloch
enthält ein Spannelement und die Kolbenstange ist mit einem Ansatz und einem Gewindestutzen
versehen.
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Oxidkeramische Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxid, werden
entsprechend dem Aluminiumoxidgehalt der Massen bei Temperaturen oberhalb 15000C
gesintert. Bei dieser Sinterung schrumpfen zunächst die als Grünkörper gefertigten
Teile erheblich, d.h., im Bereich von 18 bis 23 %. Diese Schrumpfung ist in Abhängigkeit
von der Gestalt der zu sinternden Materialien nicht überall völlig gleichmäßig,
insbesondere dann nicht, wenn unterschiedliche Wandstärken vorhanden sind. Aus diesem
Grunde ist es äußerst schwierig, ein exakt passendes Gewinde für eine Maschinenschraube
in einen Oxidsinterkörper direkt einzusintern. Man muß demnach so vorgehen, daß
das erforderliche Gewinde nachträglich durch Einschleifen mit diamantbestückten
Schleifkörpern eingebracht, bzw.
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nachbearbeitet wird. Ein derart aufwendiges Verfahren ist jedoch für
einen solchen einfachen Körper, wie ihn ein Pumpenkolben darstellt, aus Preisgründen
nicht realisierbar. Der Stand der Technik sah daher vor, aus Keramik Rohre zu sintern,
die an beiden Stirnseiten geschliffen wurden und mittels eines
Bolzens
auf die Kolbenstange aufgeschraubt werden konnten. Der Nachteil dieser Konstruktion
besteht in der komplizierten Abdichtung, ohne die ein Lösen des Kolbens nicht möglich
ist. Ferner war es erforderlich beide Stirnflächen planzuschleifen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, den Kolben so auszubilden,
daß die Stoßstelle Keramik/ Metall, also der Bereich, in dem der Kolben in die Kolbenstange
übergeht, außerhalb des Pumpraumes liegt und damit von vornherein das Problem des
Eintretens von Förderflüssigkeit vermieden wird, da der Kolben auf der gegenüberliegenden
Seite,die in die Förderflüssigkeit eintaucht, eine geschlossene Kreisfläche aufweist.
Das im Sackloch des Kolbens befindliche Spannelement ist gemäß einer zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung ein Drahtgewindeeinsatz. Diese unter dem Namen Heli-Coil
einem Warenzeichen der Firma Böllhoff + Co. bekannten Gewindeeinsätze ermöglichen
eine feste Schraubverbindung, auch wenn das in der Keramik vorhandene, also beim
Sintervorgang gebildete Gewinde größere Ungenauigkeiten aufweist, die es nicht gestatten
würden, direkt eine Maschinenschraube einzusetzen.
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Durch die Anordnung einer zylindrischen Aussenkung im Sackloch des
Kolbens, die zweckmäßig geschliffen ist, wird ein Paßsitz zwischen Kolbenstange
und Kolben erreicht, d.h., der Kolben ist auf der Kolbenstange zentriert.
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Die Verbindung zwischen Kolben und Kolbenstange kann durch das Einbringen
von Spannscheiben in das Sackloch des Kolbens erfolgen, wobei der Gewindestutzen
der Kolbenstange dann in die Scheiben eingedreht
wird und so die
Spannscheiben spreitzt und gegen die Sacklochwandung preßt. Als Spannscheiben werden
dabei sogenannte Ringspannscheiben - eingetragenes Warenzeichen der Ringspam Albrecht
Maurer K.G. -eingesetzt. Diese Befestigungsmöglich ist zwar äußerst preisgünstig,
setzt jedoch bei der Montage ein erhebliches Einführungsvermögen voraus, um nicht
durch Aufbringen zu hoher Kräfte das Sackloch des Kolbens zu sprengen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, daß in
das Sackloch eine Mutter eingebracht wird. Die Mutter ist dabei zweckmäßig durch
Federringe im Sackloch arretiert, wobei das Sackloch vorteilhaft die Form eines
Innenvielkants aufweist. Als Mutter kann dabei eine ganz normale Sechskantmutter
eingesetzt werden, wobei dann das Sackloch in Form eines Innensechskantes ausgeführt
ist. Eine besondere Genauigkeit an die Ausführung des Innenvielkantes ist dabei
nicht zu stellen. Es kann sogar ein erhebliches Spiel zwischen Mutter und Innenvielkant
bestehen. Wichtig ist nur, daß die Mutter in dem Sackloch gehalten wird und nicht
zur öffnung hin austreten kann. Das wird durch eine Ringnut erreicht, in die ein
Federring eingesetzt werden kann, so daß die Mutter beim Anziehen des Kolbens auf
der Kolbenstange gegen den Federring gedrückt wird und damit fest aufliegt. Das
Einbringen der Ringnut geschieht dabei im Grünzustand des Kolbens, d.h., vor dem
Sintern, weil auch hieran keine große Genauigkeitsanforderungen gestellt werden
müssen. Gegenüber den bisher bekannten röhrenförmigen Kolben aus Oxidkeramik, ergibt
sich damit schon der bearbeitungstechnische Fortschritt, daß nur noch eine Stirnfläche
geschliffen werden muß, nämlich die Stirnfläche,
die an der Kolbenstange
anliegt, d.h., daß mit der Verbesserung des Produktes noch zusätzlich eine Arbeitsersparnis
erreicht wird.
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Die Kolbenstange selbst ist zweckmäßig mit einem Ansatz versehen,
an den sich ein Gewindestutzen anschließt. Der Ansatz ist in diesem Falle ebenfalls
als Passung ausgeführt und greift in die Ausnehmung des Sackloches des Kolbens ein,
um die Führung zu bilden. Der Gewindestutzen wird dabei gleichzeitig in den Drahtgewindeeinsatz
des Kolbens, bzw. in die in das Sackloch eingebrachte Mutter eingeschraubt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Kolben mit eingebachtem Drahtgewindeeinsatz, Fig.
3 einen Kolben mit eingesetzter Mutter gemäß der Erfindung, Fig. 2 die erfindungsgemäße
Kolbenstange, Fig. 4 einen Schnitt durch Figur 3 und Fig. 5 ein Verdrängerteil,
d.h. einen Kolben und eine Kolbenstange gemäß dem Stand der Technik.
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Die Kolbenstange 1 weist einen Ansatz 4 auf, der zur Druckverteilung
einen Ausgleichsring lo trägt.
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Der auf dem Ansatz 4 angeordnete Gewindestutzen 5 kann in den Drahtgewindeeinsatz
7 des Kolbens 2 eingeschraubt werden. Dabei übergreift die Aussenkung 6 den Ansatz
4, wodurch der Kolben 2 zentriert wird. Statt des Drahtgewindeeinsatzes 7 kann,
wie Fig. 3 zeigt, eine Mutter 8 im Sackloch 3 des Kolbens 2 angeordnet sein, wobei
die Mutter 8 durch zwei in Ringnuten 11 gelagerte Federringe 9 gehalten wird.