Hochdruckkolbenpumpe für Reinigungsgeräte oder dergleichen

Abstract

 Um bei einer Hochdruckkolbenpumpe für Reinigungsgeräte oder dergleichen mit einem die Kolben (4) periodisch verschie­benden Antrieb, die aus Keramik bestehen und einen Kopf (14) aufweisen, der mit dem Antrieb in Wirkverbindung steht, eine einfach herstellbare Verbindung zwischen Kopf (14) und Kolben (4) zu ermöglichen und trotzdem verbesserte Festig­keitseigenschaften zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß die Kolben (4) eine durchgehende Längsbohrung (6) aufweisen und daß sich in dieser ein sich am pumpkammerseitigen Ende des Kolbens (4) abstützender Zuganker (7) befindet, der auf dem an­triebsseitigen Ende des Kolbens (4) mit dem Kopf (14) verbunden ist und diesen gegen die Stirnseite des Kolbens spannt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hochdruckkolbenpumpe für Rei­nigungsgeräte oder dergleichen mit einem die Kolben peri­odisch verschiebenden Antrieb, die im wesentlichen aus Ke­ramik bestehen und einen Kopf aufweisen, der mit dem An­trieb in Wirkverbindung steht. Eine solche Hochdruckpumpe ist beispielsweise aus der DE-OS 37 02 446 bekannt.

[0002] Obwohl durch die Verwendung des Keramikmaterials an Stelle des herkömmlichen metallischen Materials für die Kolben eine wesentliche Gewichtseinsparung erzielt wird, ergeben sich bei der Festlegung des dem Antrieb zugewandten Kopfes der Kolben Schwierigkeiten. Es ist beispielsweise notwen­dig, komplizierte Bördelverbindungen herzustellen, die den Herstellungsprozeß komplizieren und erhöhte Herstellungs­kosten bedingen und die außerdem mit der Gefahr verbunden sind, durch das Einbringen einer Umfangsnut die Stabilität eines solchen Keramikkolbens zu beeinträchtigen.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hoch­druckpumpe so zu verbessern, daß im wesentlichen aus Kera­mik bestehende Kolben verwendet werden können, die in ein­facherer Weise mit einem dem Antrieb zugewandten Kopf zu verbinden sind, ohne daß die Stabilität der gesamten An­ordnung beeinträchtigt wird.

[0004] Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruckkolbenpumpe der ein­gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sichdie Kolben eine durchgehende Längsbohrung aufwei­sen, daß in dieser ein sich am pumpkammerseitigen Ende des Kolbens abstützender Zuganker befindet, der auf dem an­triebsseitigen Ende des Kolbens mit dem Kopf verbunden ist und diesen gegen die Stirnseite des Kolbens spannt.

[0005] Der Kolben wird also hülsenförmig ausgebildet, wobei der hohle Kern oder die Längsbohrung bereits bei der Formung des Kolbens hergestellt wird, das heißt der Ausdruck "Längsbohrung" bedeutet nicht unbedingt, daß der hohle In­nenraum des Kolbens tatsächlich durch Einbringen einer Bohrung hergestellt wird. Dieser Ausdruck könnte auch durch "Längskanal" oder einen ähnlichen Ausdruck ersetzt werden.

[0006] Wesentlich ist, daß der hülsenförmige Keramikkolben von einem Zuganker durchsetzt wird, der sich auf der dem An­trieb abgewandten Seite am Kolbenäußeren abstützt und auf der Antriebsseite mit dem Kopf so verbunden ist, daß der Kopf gegen die Stirnseite des Kolbens gespannt wird. Da­ durch wird der Kolben nur mit Druckkräften beaufschlagt, außerdem ergibt sich eine sehr einfache Montage eines sol­chen Kolbens. Insgesamt wird eine Gewichtseinsparung ge­genüber massiven Metallkolben erzielt, außerdem kann die chemische Widerstandsfähigkeit des Keramikmaterials ausge­nutzt werden.

[0007] Vorteilhaft ist es, wenn der Zuganker gegen die Innenwand der Längsbohrung abgedichtet ist, so daß dadurch das Inne­re der Pumpkammer gegenüber der Antriebsseite eine Abdich­tung erfährt.

[0008] Der Zuganker kann sich an der pumpkammerseitigen Stirnsei­te des Kolbens über ein Stützelement abstützen, welches einen größeren Radius hat als die Längsbohrung im Kolben. Vorzugsweise ist dieses Stützelement eine Scheibe.

[0009] Das Stützelement kann bei einem bevorzugten Ausführungs­beispiel einstückig mit dem Zuganker ausgebildet sein.

[0010] Der Kopf kann auf das antriebsseitige Ende des Zugankers aufgeschraubt sein, bei einer anderen Ausführungsform be­stehen Zuganker und Kopf aus Kunststoff und sind miteinan­der verschweißt oder verklebt.

[0011] Auch andere Verbindungsarten sind möglich, beispielsweise können Kopf und Zuganker vernietet oder miteinander verlö­tet sein.

[0012] Günstig ist es, wenn der Kopf einen Federstützteller gegen die antriebsseitige Stirnseite des Kolbens spannt oder wenn der Kopf selbst einen Federstützteller trägt. An die­sem kann sich eine den Kolben umgebende, den Kolben gegen die Taumelscheibe eines Taumelscheibenantriebes andrücken­de Feder abstützen.

[0013] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kopf als metallisches Anlageelement an einen Taumelscheibenantrieb ausgebildet, der Kopf kann bei einer abgewandelten Ausfüh­rungsform auch einen kugelgelagerten Gleitstein tragen, der an einem Taumelscheibenantrieb anliegt.

[0014] Bei einer anderen Ausführungsform ist der Kopf gelenkig mit dem Pleuel eines Kurbeltriebes verbunden.

[0015] Auf der Außenseite wird der Kolben in herkömmlicher Weise durch eine Hochdruckdichtung und eine Niederdruckdichtung abgedichtet. In manchen Fällen ergeben sich bei der Ab­dichtung gegenüber dem Außenmantel des Keramikkolbens auf­grund der Keramikrauhigkeit Schwierigkeiten. Es kann dann vorgesehen sein, daß der Kolben an seinem antriebsseitigen Ende, an dem er abgedichtet ist, einen Außenmantel aus Stahl aufweist, beispielsweise in Form einer aufgepreßten Hülse oder in Form eines Kolbenbereichs, der sich an den Keramikkolbenbereich anschließt.

[0016] Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­men der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Figur 1: eine Teillängsschnittansicht durch eine Hochdruckpumpe im Bereich einer Pump­kammer mit einem Kolben aus Keramik und einem Zuganker;

Figur 2: eine Ansicht des antriebsseitigen Endes des Kolbens bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel mit einem an einer Taumelscheibe anliegenden Gleitstein;

Figur 3: eine Teilansicht des antriebsseitigen Endes eines Kolbens gemäß Figur 1 in Verbindung mit einem Kurbeltrieb und

Figur 4: eine Ansicht ähnlich Figur 1 mit einem Kolben, dessen Mantel teils aus Keramik und teils aus Metall besteht.

[0017] In Figur 1 ist von einer Hochdruckkolbenpumpe herkömmli­cher Bauart, die beispielsweise drei Pumpkammern aufweist, in die jeweils ein Kolben eintaucht, nur eine Pumpkammer mit einem Kolben dargestellt, außerdem sind die Antriebs­mittel für den Kolben im wesentlichen weggelassen.

[0018] In eine zylindrische Pumpkammer 1 mit einem Einlaßventil 2 und einem Auslaßventil 3 taucht ein Kolben 4 ein. Dieser Kolben besteht aus einer kreiszylindrischen Keramikhülse 5 mit einer zentralen Durchgangsöffnung oder Durchgangsbohrung 6, in der sich ein Zuganker 7 befindet.

[0019] Dieser umfaßt eine sich an der pumpkammerseitigen Stirn­fläche 8 der Keramikhülse abstützende Scheibe 9, die ein­stückig mit einer die Durchgangsöffnung 6 durchsetzenden Zugstange 10 verbunden ist, an deren der Scheibe 9 gegen­überliegendem Ende ein Außengewinde 11 angeordnet ist. In der Zugstange 10 sind in zwei Umfangsnuten 12 Ringdichtun­gen 13 eingelegt, die die Innenwand der Durchgangsöffnung 6 gegenüber der Zugstange 10 abdichten.

[0020] Auf das Außengewinde 11 der Zugstange 10 ist ein Anlage­kopf 14 aufgeschraubt, der einen Federteller 15 gegen die der Pumpkammer abgewandte Stirnseite 16 der Keramikhülse 5 spannt. Der Federteller 15 steht radial über die Keramik­hülse 5 hervor, an ihm stützt sich eine den Kolben konzen­trisch umgebende Schraubenfeder 17 ab, deren anderes Ende an einer den Kolben umgebenden, pumpenfesten Führung 18 abgestützt ist. Durch die Schraubenfeder 17 wird der Kol­ben mit einer Kraft beaufschlagt, die ihn aus der Pumpkam­mer 1 herauszieht, so daß der Anlagekopf 14 mit einer schrägen Anlagefläche 19 elastisch gegen eine Taumelschei­be 20 eines im übrigen nicht dargestellten Antriebes ge­drückt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel be­stehen Scheibe 9, Zugstange 10 und Anlagekopf 14 aus einem Metall, wobei zumindest der Anlagekopf 14 gehärtet ist.

[0021] Am Außenmantel der Keramikhülse 5 liegt im Bereich der Pumpkammer 1 eine Hochdruckdichtung 21 an, die in eine Ringnut 22 im Pumpengehäuse eingelegt ist, während eine Niederdruckdichtung 23 im Bereich der Führung 18 am Außen­mantel der Keramikhülse 5 anliegt.

[0022] Die Abmessungen können so gewählt sein, daß der Kolben beispielsweise einen Durchmesser von 20 mm aufweist, wobei die Wandstärke der Keramikhülse 5 bei 7 mm liegt, so daß sich ein Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 6 von 6 mm ergibt.

[0023] Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel er­streckt sich die Keramikhülse 5 über die gesamte Kolben­länge. Bei einer Abwandlung entsprechend der Darstellung der Figur 4, in der entsprechende Teile dieselben Bezugs­zeichen tragen wie in Figur 1, ist ein kleiner Bereich dieser Keramikhülse 5 durch eine weitere Hülse 5a aus ei­nem Metall ersetzt, wobei in diesem Bereich die Nieder­druckdichtung 23 anliegt. Auch könnte bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel auf einen Teilbereich des Kolbens 5 eine Metallhülse aufgedrückt sein, wobei auch diese Metallhülse eine Dichtfläche gegenüber der Niederdruckdichtung 23 bilden würde.

[0024] Bei dem in Figur 2 dargestellten, abgewandelten Ausfüh­rungsbeispiel, welches im wesentlichen gleich aufgebaut ist wie das der Figur 1 und bei dem gleiche Teile daher auch die gleichen Bezugszeichen tragen, trägt der Anlage­kopf 14 eine Kugel 24, auf der ein Gleitstein 25 gelagert ist, der sich seinerseits an der Taumelscheibe 20 ab­stützt. Es ergibt sich somit eine kugelgelenkige Lagerung des Gleitsteins 25 an dem Anlagekopf 14.

[0025] Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3, bei dem wieder gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen tragen, ist der Anlagekopf 14 mit einem gabelartigen Lager 26 versehen, an dem mittels eines Kolbenbolzens 27 der Pleuel 28 eines im übrigen nicht näher dargestellten Kurbeltriebes gelagert ist. Eine solche Lösung ist dann von Vorteil, wenn kein Taumelscheibenantrieb verwendet wird, sondern ein Kurbel­antrieb.

[0026] Während bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Federteller 15 und der Anlagekopf 14 getrennte Bauteile sind, wäre es auch möglich, Anlagekopf und Federteller einstückig auszubilden.

[0027] Die Zugstange kann bei geringerer Belastung aus Kunststoff bestehen, dasselbe gilt für den Anlagekopf. Diese Teile können beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben miteinander verbunden sein.

[0028] Auch bei Verwendung von metallischen Materialien für den Zuganker und den Anlagekopf können andere Verbindungstech­niken verwendet werden, beispielsweise Verschweißen, Ver­löten oder Vernieten.

[0029] Wesentlich ist bei allen Ausführungsbeispielen, daß der Anlagekopf 14 nicht unmittelbar am angrenzenden Bereich des Keramikkolbens festgelegt ist, sondern über eine den gesamten hülsenförmig ausgebildeten Kolben durchsetzende Zugstange auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens ab­gestützt wird.

Ansprüche

1. Hochdruckkolbenpumpe für Reinigungsgeräte oder der­gleichen mit einem die Kolben periodisch verschie­benden Antrieb, die im wesentlichen aus Keramik be­stehen und einen Kopf aufweisen, der mit dem Antrieb in Wirkverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) eine durchgehende Längsbohrung (6) aufweisen, daß sich in dieser ein sich am pumpkammerseitigen Ende (8) des Kolbens (4) abstützender Zuganker (7) befindet, der auf dem antriebsseitigen Ende (16) des Kolbens (4) mit dem Kopf (14) verbunden ist und diesen gegen die Stirnseite (16) des Kolbens (4) spannt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (7) gegenüber der Innenwand der Längs­bohrung (6) abgedichtet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß der Zuganker (7) sich an der pumpkammersei­tigen Stirnseite (8) des Kolbens (4) über ein Stütz­element (9) abstützt, welches einen größeren Radius hat als die Längsbohrung (6) im Kolben (4).

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (9) eine Scheibe ist.

5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­net, daß das Stützelement (9) einstückig mit einer Zugstange (10) ausgebildet ist.

6. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß der Kopf (14) auf das an­triebsseitige Ende des Zugankers (7) aufgeschraubt ist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß Zuganker (7) und Kopf (14) aus Kunststoff bestehen und miteinander verschweißt oder verklebt sind.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß Zuganker (7) und Kopf (14) mitein­ander vernietet sind.

9. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß der Kopf (14) einen Feder­stützteller (15) gegen die antriebsseitige Stirnsei­te (16) des Kolbens (4) spannt.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Kopf (14) einen Federstütztel­ler (15) trägt.

11. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß der Kopf (14) als metalli­sches Anlageelement an einen Taumelscheibenantrieb (20) ausgebildet ist.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Kopf (14) einen kugelgelager­ten Gleitstein (25) trägt, der an einem Taumelschei­benantrieb (20) anliegt.

13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Kopf (14) gelenkig mit dem Pleuel (28) eines Kurbeltriebes verbunden ist.

14. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) an seinem antriebsseitigen Ende einen Außenmantel (5a) aus Stahl aufweist.

Zeichnung