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Diese
Erfindung betrifft einen Niederhalter, mit dem ein Hochdruckkolben
auf einem Kraftübertragungsglied
gehalten wird, sowie eine derartige Anordnung und die Verwendung
in einer Hochdruckpumpe.
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In
Hochdruckpumpen wird eine Anordnung verwendet, die in einem Schema
in der beigefügten 3 dargestellt
ist. Die 3 zeigt einen radialen Querschnitt
einer um die eingezeichnete vertikale strichpunktierte Achse rotationssymmetrischen
Anordnung eines Hochdruckkolbens auf einem Kraftübertragungsglied. Der Kolben 1 wird
im Betrieb der Pumpe in der Längsrichtung
der strichpunktiert eingezeichneten Achse bewegt. Auf dem Mantel
des Kolbens 1 ist ein Rückzugsring 2 angeordnet,
der kraftschlüssig
in Presspassung mit dem Kolben verbunden ist. Der Kolben wird mit
einer Scheibe 3 auf dem Kraftübertragungsglied 5,
in diesem Beispiel einem Gleitschuh, gehalten. Zu diesem Zweck ist
ein innerer Anteil der Scheibe 3 über einem abgewinkelten äußeren Anteil
des Rückzugsrings 2 angeordnet. Der
Rückzugsring 2 hat
in der Schnittebene der 3 einen L-förmigen Querschnitt. Durch die
Abwinkelung kann der Rückzugsring 2 einerseits
kraftschlüssig
mit dem Kolben 1 verbunden werden und andererseits mittels
der Scheibe 3 auf der Oberseite des Kraftübertragungsglieds 5 gehalten
werden. Die Scheibe 3 ist unter einem Stützkolben 4a eingeklemmt,
der formschlüssig über einen
nicht dargestellten Sicherungsring mit dem Kraftübertragungsglied 5 verbunden
ist.
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Durch
diese Anordnung wird erreicht, dass der Kolben 1 direkt
auf der Oberseite des Kraftübertragungsglieds 5 angeordnet
ist, aber dennoch ein gewisses Spiel vorhanden ist, sodass der Kolben
auf der Oberseite des Kraftübertragungsglieds 5 in
einem eingeschränkten
Umfang seitliche Bewegungen ausführen
kann. Hierbei stellt die Scheibe 3 das federnde Element
dar, das Winkelbewegungen und Axialbewegungen des Kolbens 1 relativ
zu dem Kraftübertragungsglied 5 zulässt.
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Durch
die von der Haltebuchse 4 gehaltene Scheibe 3 wird
der Rückzugsring 2 im
Verbund gespannt und auf diese Weise aus dem Rückzugsring 2 und der
Scheibe 3 ein Niederhalter des Kolbens 1 gebildet.
Um die beschriebene Funktion des Niederhalters zu realisieren, werden
somit zwei getrennte Teile, nämlich
der Rückzugsring 2 und
die Scheibe 3, verwendet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufwand für Logistik und Montage bei
der Herstellung der eingangs beschriebenen Anordnung zu verringern.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Niederhalter für Hochdruckkolben mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, mit der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs
11 bzw. mit der Verwendung eines Niederhalters gemäß Anspruch
14 gelöst.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
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Der
Niederhalter wird durch einen Pressring gebildet, der eine innere
Kontaktfläche
aufweist, die für
eine kraftschlüssige
Verbindung des Pressrings mit einem Kolben vorgesehen ist, sowie
eine äußere Kontaktfläche, die
für eine
Verbindung des Pressrings mit einer Haltebuchse vorgesehen ist,
wobei der Pressring einen radialen Querschnitt aufweist, in dem
die innere Kontaktfläche
und die äußere Kontaktfläche verschiedene
Richtungen aufweisen. Das bedeutet auch, dass die innere Kontaktfläche und
die äußere Kontaktfläche keine
koplanaren Tangentialebenen aufweisen. Die Kontaktflächen sind
demnach so gegeneinander geneigt, dass die auf die Verbindungen
des Pressrings mit einem Kolben einerseits und einer Haltebuchse
andererseits wirkenden Anpresskräfte,
die senkrecht auf den jeweiligen Kontaktflächen stehen, stets verschiedene
Richtungen aufweisen. Der Pressring spannt den Kolben somit lateral
ein, während
die Haltebuchse den Pressring in der für den Antrieb mittels des Kolbens
vorgesehenen Bewegungsrichtung auf dem Kraftübertragungsglied festhält.
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Für eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem Pressring und dem Kolben ist es zweckmäßig, wenn
der Pressring eine innere Kontaktfläche in der Form eines Zylindermantels
aufweist. Die im Winkel zu der inneren Kontaktfläche angeordnete äußere Kontaktfläche wird
vorzugsweise durch einen durch zwei konzentrische Kreise berandeten
Ausschnitt aus einer Ebene oder aus einem Mantel eines Kegels gebildet.
Die äußere Kontaktfläche kann
auch gewölbt
sein, insbesondere konvex zu der korrespondierenden Kontaktfläche der
Haltebuchse hin gewölbt.
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Um
die unterschiedlichen Richtungen der Kraftwirkungen zwischen dem
Pressring und dem Kolben bzw. zwischen dem Pressring und der Haltebuchse
zu bewirken, wird der Pressring vorzugsweise mit einer Abwinkelung
zwischen einem die innere Kontaktfläche aufweisenden ersten Anteil
und einem die äußere Kontaktfläche aufweisenden
zweiten Anteil versehen. Mit dieser Abwinkelung kann auch insbesondere
die elastische Verformbarkeit des Pressrings bewirkt werden, sodass
einerseits die Verbindungen wie angegeben hergestellt werden können, andererseits
aber noch eine zumindest geringfügige Verschiebung
zwischen dem Kolben und der Haltebuchse möglich ist. Eine für diesen
Zweck ausreichende Elastizität
und Federwirkung des Pressrings wird dadurch erreicht, dass der
Querschnitt des Pressrings geeignet ausgebildet wird, zum Beispiel
in einer zur Erzielung der Federwirkung abgewandelten L-Form, und
zudem ein elastisches Material für
den Pressring gewählt
wird. Es ist besonders bevorzugt, den Pressring aus Federstahl auszubilden,
da hiermit eine auch bei hoher Druckbelastung ausreichende mechanische
Stabilität
bei gleichzeitiger ausreichender Federwirkung erzielt wird.
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Die
Formgebung des Pressrings ermöglicht es,
die bisher durch einen Rückzugsring
und eine Scheibe ausgeübte
Funktion mit einem einzigen Teil zu bewirken. Das verringert den
Aufwand bei der Herstellung und verbessert aufgrund der vorgesehenen
Elastizität
des Pressrings überdies
die Bruchsicherheit des Niederhalters. Die Formgebung des Pressrings
lässt sich
an verschiedene Ausführungsformen
anpassen, wobei die innere Kontaktfläche und die äußere Kontaktflache
insbesondere auf derselben Hauptseite des Pressrings oder auf zwei
einander gegenüberliegenden
Hauptseiten des Pressrings angeordnet werden können.
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Der
durch den Pressring gebildete Niederhalter wird vorzugsweise in
einer Anordnung eingesetzt, in der der Pressring über seine
innere Kontaktfläche
kraftschlüssig
mit einem Kolben verbunden ist und von einer an der äußeren Kontaktfläche angeordneten
Haltebuchse gehalten wird. Der Kolben kann insbesondere auf einer
Oberseite eines Kraftübertragungsgliedes
angeordnet sein, und die Haltebuchse ist dann vorzugsweise formschlüssig mit
dem Kraftübertragungsglied
verbunden. Diese Anordnung kann vorteilhaft in einer Hochdruckpumpe
eingesetzt werden. Bei dem Kolben handelt es sich in diesem Fall
um einen Hochdruckkolben.
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Es
folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des Niederhalters
anhand der beigefügten Figuren.
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Die 1 zeigt
einen radialen Querschnitt einer Anordnung des Niederhalters für ein erstes Ausführungsbeispiel.
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Die 2 zeigt
einen der 1 entsprechenden Querschnitt
für ein
weiteres Ausführungsbeispiel.
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Die 3 zeigt
die eingangs beschriebene herkömmliche
Anordnung im Querschnitt.
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Die 1 zeigt
einen radialen Querschnitt einer um die eingezeichnete vertikale
strichpunktierte Achse rotationssymmetrischen Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Niederhalter.
Bei dieser Anordnung ist ein Kolben 1, insbesondere ein
Hochdruckkolben, mit einem Pressring 6 kraftschlüssig verbunden.
Der Kolben 1 ist für
eine Antriebsbewegung in der Längsrichtung
der strichpunktiert eingezeichneten Achse vorgesehen. Der Kolben 1 ist
auf einem Kraftübertragungsglied 5 an geordnet.
Das Kraftübertragungsglied 5 kann
zum Beispiel ein Gleitschuh, ein Kreuzkopfbolzen, der in dem Pleuelauge
einer Pleuelstange angeordnet ist, oder ein Rollenstößel sein. Derartige
Kraftübertragungsglieder
sind insbesondere von Hochdruckpumpen an sich bekannt und werden
hier nicht weiter beschrieben.
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Der
Pressring 6 weist zur Herstellung des Kraftschlusses mit
dem Kolben 1 eine innere Kontaktfläche 7 auf, die bei
diesem Ausführungsbeispiel die
Form eines Zylindermantels hat und an einer in diesem Beispiel ebenfalls
zylindrischen Mantelfläche des
Kolbens 1 eng anliegend angeordnet wird. Der Querschnitt
zeigt, dass der Pressring 6 in radialer Richtung abgewinkelt
ist, sodass ein von einem inneren ersten Anteil abgewinkelter zweiter
Anteil gebildet ist, der nach außen ragt. Auf diesem äußeren Anteil
befindet sich eine äußere Kontaktfläche 8,
an der die korrespondierende Kontaktfläche der Haltebuchse 4 angeordnet
ist. Die Haltebuchse 4 ist vorzugsweise formschlüssig mit
dem Kraftübertragungsglied 5 verbunden,
aber je nach Anwendungsfall kann auch eine kraftschlüssige beziehungsweise
stoffschlüssige
Verbindung bestehen.
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In
der Anordnung gemäß der 1 wird
auf der Oberseite des Kraftübertragungsgliedes 5 eine zumindest
geringfügige
seitliche Bewegung des Kolbens 1 zugelassen. Weil die Verbindung
der äußeren Kontaktfläche 8 des
Pressrings 6 mit der Haltebuchse 4 nicht starr
ist, hat der Kolben 1 ein gewisses Spiel quer zu der Antriebsrichtung,
was eine Verschiebung des Kolbens 1 auf der Oberseite des
Kraftübertragungsglieds 5 ermöglicht.
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Die
hier gezeigte Anordnung wird zweckmäßig innerhalb eines im Wesentlichen
zylindrischen Gehäuses
angeordnet und in einer an sich bekannten Weise gelagert. Es ergeben
sich hierbei durch die unterschiedliche Ausgestaltung des Niederhalters keine
grundsätzlichen
Unterschiede zu konventionellen Anordnungen.
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Bei
dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
des Niederhalters befinden sich die innere Kontaktfläche 7 und
die äußere Kontaktfläche 8 auf
einander gegenüberliegenden
Hauptseiten des Pressrings 6, die jeweils durch die schmalen
Flächen an
den Kanten des Pressrings 6 voneinander getrennt sind.
Die Abwinkelung des Pressrings 6 befindet sich in diesem
Beispiel auf der dem Kraftübertragungsglied 5 zugewandten
Seite des Pressrings 6. Diese Abwinkelung weist vorzugsweise
eine Querschnittsform auf, die einem großen L ähnlich ist. Der nach außen weisende
Anteil ist jedoch etwas nach oben gebogen, das heißt, von
dem Kraftübertragungsglied 5 weg
weisend, sodass eine Federwirkung zwischen dem zwischen der Haltebuchse 4 und dem
Kraftübertragungsglied 5 angeordneten äußeren Anteil
des Pressrings 6 und dem an dem Kolben 1 angeordneten
inneren Anteil des Pressrings 6 bewirkt ist. Der Pressring 6 ist
außerdem
vorzugsweise ein elastisches Material, wofür wegen der hohen mechanischen
Belastung insbesondere ein Federstahl bevorzugt ist.
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Die 2 zeigt
einen Querschnitt gemäß 1 für ein weiteres
Ausführungsbeispiel
des Niederhalters. Der Pressring 6 ist in diesem Beispiel
mit einer Abwinkelung auf der von dem Kraftübertragungsglied 5 abgewandten
Seite versehen, sodass in diesem Beispiel die innere Kontaktfläche 7 und
die äußere Kontaktfläche 8 auf
derselben Hauptseite des Pressrings 6 vorhanden sind. In
dieser Anordnung ist die den Kontaktflächen gegenüberliegende Hauptseite des
Pressrings sowohl von der Haltebuchse 4 als auch von dem
Kraftübertragungsglied 5 frei. Durch
einen Abstand zwischen dem Kolben 1 und der Haltebuchse 4 ergibt
sich auch in diesem Ausführungsbeispiel
eine federnde Wirkung zwischen dem mit der äußeren Kontaktfläche 8 versehenen äußeren Anteil
des Pressrings 6 und dem mit der inneren Kontaktfläche 7 versehenen
und an dem Kolben 1 anliegenden inneren Anteil des Pressrings 6.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Verwendung eines Federstahls für den Pressring 6 bevorzugt.
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Den
gezeigten Ausführungsbeispielen
gemeinsam ist, dass die innere Kontaktfläche 7 und die äußere Kontaktfläche 8 keine
koplanaren Tangentialebenen aufweisen, sodass die Anpressrichtung
für den
Kraftschluss zwischen dem Pressring 6 und dem Kolben 1 von
derjenigen Richtung verschieden ist, in der der von der Haltebuchse 4 beim
Niederhalten des Kolbens 1 auf dem Kraftübertragungsglied 5 auf
die äußere Kontaktfläche 8 ausgeübte Druck
wirkt. Es ist hierzu jedoch keine genau rechtwinklige Abwinkelung
des Pressrings 6 erforderlich. Die im Schema dargestellten
Ausführungsbeispiele
gemäß den 1 und 2 zeigen
einen Spezialfall, bei dem die innere Kontaktfläche 7 die Form einer
Mantelfläche
eines Zylinders aufweist und die äußere Kontaktfläche 8 durch
einen Ausschnitt aus einer Ebene gebildet ist, der durch zwei zu
der strichpunktiert eingezeichneten Achse konzentrischen Kreise
verschiedener Radien begrenzt ist. Diese Fläche der äußeren Kontaktfläche 8 kann
aber zum Beispiel auch geneigt sein, sodass die äußere Kontaktfläche 8 durch
einen durch zwei konzentrische Kreise berandeten Ausschnitt aus
einem Mantel eines Kegels gebildet ist. Wie bereits angegeben kann
die äußere Kontaktfläche 8 für eine bessere
Auflage auf der Kontaktfläche der
Haltebuchse 4 auch geeignet gewölbt sein. Die auf die äußere Kontaktfläche 8 gepresste
Kontaktfläche
der Haltebuchse 4, das heißt, die dem Kraftübertragungsglied 5 zugewandte
Unterseite der Haltebuchse 4, ist vorzugsweise an die Form
der äußeren Kontaktfläche 8 des
Pressrings 6 angepasst.
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Es
wird in jedem Fall eine Presspassung des Pressrings 6 an
den Kolben 1 bewerkstelligt und gleichzeitig erreicht,
dass die Haltebuchse 4 über
den Pressring 6 eine in der Längsrichtung der Achse der Anordnung
erfolgende Relativbewegung zwischen dem Kolben 1 und dem
Kraftübertragungsglied 5 zumindest
weitgehend verhindert. Durch die Elastizität des Pressrings 6 und
die nicht starre Verbindung zwischen dem Pressring 6 und
der Haltebuchse 4 im Bereich der äußeren Kontaktfläche 8 wird
ermöglicht, dass
der Kolben 1 auf der Oberseite des Kraftübertragungsgliedes 5 anliegend
seitliche Ausgleichsbewegungen ausführt. Der Kolben 1 braucht
daher nicht starr auf dem Kraftübertragungsglied 5 befestigt
zu sein, sondern behält
ein seitliches Spiel, wenn er mittels der Haltebuchse 4 und
des Pressrings 6 auf dem Kraftübertragungsglied 5 gehalten
wird.
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Der
beschriebene Niederhalter ist besonders für den Einsatz in einer Hochdruckpumpe
in Verbindung mit einem Hochdruckkolben geeignet. Durch die Verwendung
des Pressrings 6 werden Einzelteile eingespart, was die
Kosten und den Aufwand an Logistik und Montage verringert. Aus der
prinzipiellen Funktionsweise des Pressrings, die oben beschrieben
worden ist, ergeben sich weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen,
die im Rahmen der Erfindung liegen.