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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Kolbenpumpe, insbesondere Kolbenverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie Verfahren zur Herstellung eines Kolbens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, insbesondere Kolbenverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Aus dem Stand der Technik sind Kolben mit Kolbenbodenventil für Kolbenverdichter und Vakuumpumpen bekannt. In der
DE 103 223 52 A1 wird ein Axialkältemittelverdichter beschrieben, der einen hohlzylindrisch ausgeführten Kolben aufweist, der an, der Taumelscheibe abgewandten Stirnseite, ein Ansaugventil besitzt. Die
DE 199 17 009 A1 beschreibt beispielsweise eine Vakuumpumpe.
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Wenngleich aus dem Stand der Technik geeignete Kolben für Kolbenpumpen bekannt sind, so besteht doch ein Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Montage bzw. Herstellung derartiger Kolben.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, einen verbesserten Kolben vorzuschlagen, insbesondere einen Kolben vorzuschlagen, welcher sich durch eine einfache Montage eines Kolbenbodenventils auf dem Kolbenboden auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird dieser Aufgabe durch einen Kolben mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Lamellenventilplatte mit einem Bundring an dem Kolbengrundkörper befestigt ist, kann eine einfache Montage gewährleistet werden. Die Montage des Kolbenbodenventils wird insbesondere ermöglicht, indem der Feuersteg des Kolbens als Bundring ausgeführt wird, welcher über einen abgesetzten Durchmesser am Kolben geschoben wird. Das Blechventil wird insbesondere auf den Kolbenboden gelegt und durch Aufpressen des Bundrings fixiert, wobei ein nach innen abgesetzter, am Ring befindlicher, Bund auf das Blech drückt und insbesondere dieses gleichzeitig durch seinen Innendurchmesser auf dem Kolben zentriert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kolbengrundkörper in axialer Richtung, ausgehend von dem Kolbenboden, einen ersten Abschnitt mit einem Außendurchmesser und mindestens einen zweiten Abschnitt mit einem Außendurchmesser aufweist, wobei der Außendurchmesser des ersten Abschnitts kleiner als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts ausgestaltet ist. Durch diese Maßnahme kann der Kolbengrundkörper für die Aufnahme des Bundrings eingerichtet werden. Der Bundring ist insbesondere auf den ersten Abschnitt aufgepresst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bundring eine hohlzylinderförmige Gestalt aufweist, wobei der Bundring in axialer Richtung mindestens einen ersten Abschnitt mit einem Innendurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem Innendurchmesser aufweist, wobei der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts kleiner als der Innendurchmesser des ersten Abschnitts ausgestaltet ist und insbesondere einen umlaufenden Bund oder Vorsprung ausbildet. Durch diese Maßnahme kann der Bund innerhalb des Bundrings eingerichtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Innendurchmesser des ersten Abschnitts des Bundrings mit dem Außendurchmesser des ersten Abschnitts des Kolbengrundkörpers korrespondiert, dergestalt, dass Kolbengrundkörper und Bundring einen Presssitz ausbilden. Durch Einstellen von Innen- zu Außendurchmesser kann der Presssitz mehr oder minder fest ausgebildet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lamellenventilplatte einen Außenring mit einem Außendurchmesser und ein Ventilplättchen umfasst, wobei zwischen Außenring und Ventilplättchen ein Federelement vorgesehen ist. Eine derartige Lamellenventilplatte eignet sich vorteilhafterweise zum Verschließen bzw. Freigeben einer zentralen Öffnung im Kolbenboden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lamellenventilplatte, insbesondere der Außenring, zumindest abschnittsweise zwischen dem Kolbendboden und dem Bundring, insbesondere zwischen dem ersten Abschnitt des Kolbengrundkörpers und dem zweiten Abschnitt des Bundrings, aufgenommen ist. Eine axiale und insbesondere auch eine radiale Verschiebung der Lamellenventilplatte ist somit nicht mehr möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt des Kolbengrundkörpers um wenigstens den Betrag der Höhe des Kolbenringes länger als der Bundring ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich nach dem Aufschieben des Bundringes, insbesondere auf Block/Anschlag mit der Lammellenventilplatte und indirekt dem Kolbenboden, ein Teilbereich des ersten Abschnittes des Kolbengrundkörpers, der nicht vom Bundring umschlossen ist. Somit werden eine Kolbenringaufnahme, insbesondere Kolbenringnut, ausgebildet in der der Kolbenring aufgenommen werden kann. Hierdurch kann eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ausbildung einer Kolbenringaufnahme geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bundring und der Kolbengrundkörper, zwischen sich eine Aufnahme für einen Kolbenring ausbilden, insbesondere dass zwischen einer sich aus dem Übergang von dem zweiten Abschnitt und dem ersten Abschnitt des Kolbengrundkörpers sich ergebenden Schulter und dem freien Ende des ersten Abschnitts des Bundrings eine Kolbenringaufnahme für einen Kolbenring ausgebildet ist, wobei ein Kolbenring in der Kolbenringaufnahme aufgenommen ist.
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Durch diese Ausführung kann der Kolbenring besonders vorteilhaft im geschlossen Zustand montiert werden. Dadurch kann das Trennen des Kolbenrings entfallen, der Kolbenring ist insbesondere stoßfrei. Es kann ein Arbeitsschritt bei der Ringherstellung, insbesondere das Trennen des Rings entfallen. Der Ring wird Formstabiler und eine mögliche Leckage am Ringspalt entfällt.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin ein verbessertes Herstellungsverfahren für einen Kolben für eine Kolbenpumpe vorzuschlagen, insbesondere ein Herstellungsverfahren für einen Kolben für eine Kolbenpumpe vorzuschlagen, mit dem ein derartiger Kolben leicht hergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Dadurch, dass das Herstellungsverfahren mindestens die Verfahrensschritte
- - Auflegen der Lamellenventilplatte auf den Kolbenboden
- - Aufschieben, insbesondere aufpressen, des Bundrings auf den Kolbengrundkörper,
umfasst, wird mit der vorgeschlagenen Erfindung eine technisch leicht umsetzbare, kostengünstige Montagelösung für eine Lamellenventilplatte an einem Kolben für eine Kolbenpumpe beschrieben. Es ist selbstverständlich nicht ausgeschlossen, dass das Herstellungsverfahren weitere, dem Fachmann bekannte, Schritte bzw. Zwischenschritte aufweist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor dem Aufschieben, insbesondere aufpressen, des Bundrings auf den Kolbengrundkörper, ein Kolbenring auf dem Kolbengrundkörper, insbesondere auf den ersten Abschnitt des Kolbengrundkörpers aufgefädelt und auf eine durch den Durchmesserunterschied zwischen erstem und zweitem Abschnitt des Kolbengrundkörpers gebildete Schulter, abgelegt wird. Hierdurch wird eine technisch leicht umsetzbare, kostengünstige Montagelösung für einen Kolbenring an einem Kolben für eine Kolbenpumpe beschrieben.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine verbesserte Kolbenpumpe vorzuschlagen, insbesondere eine Kolbenpumpe vorzuschlagen, welche sich durch eine einfache Montage auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kolbenpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kolbens können die Montagevorteile für die Kolbenpumpe nutzbar gemacht werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Kolbenpumpe (Kolben im UT);
- 2 eine Einzelheit „X“ gemäß 1;
- 3 eine schematische Darstellung einer Kolbenpumpe (Kolben im OT);
- 4 eine Einzelheit „Y“ gemäß 3;
- 5 ein erfindungsgemäßer Kolben in einer perspektivischen Darstellung;
- 6 eine Einzelheit „Z“ gemäß 5;
- 7 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kolbens;
- 8 ein Kolbengrundkörper für einen erfindungsgemäßen Kolben;
- 9 ein Bundring für einen erfindungsgemäßen Kolben;
- 10 eine Lamellenventilplatte für einen erfindungsgemäßen Kolben;
- 11 ein Kolbenring für einen erfindungsgemäßen Kolben.
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Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
- K
- Kolben
- A
- Arbeitsraum
- P
- Zylinderkopf
- FE
- Fluideingang
- FA
- Fluidausgang
- G
- Kurbelgehäuse
- E
- Kurbelwelle/Exzenterwelle
- UT
- unterer Totpunkt
- OT
- oberer Totpunkt
- S
- Strömungsrichtung Fluid
- d4
- Außendurchmesser des Bundrings
- d11
- Außendurchmesser erster Abschnitt des Kolbengrundkörpers
- d12
- Außendurchmesser zweiter Abschnitt des Kolbengrundkörpers
- d21
- Innendurchmesser des Kolbenrings
- d22
- Außendurchmesser des Kolbenrings
- d41
- Innendurchmesser erster Abschnitt des Bundrings
- d42
- Innendurchmesser zweiter Abschnitt des Bundrings
- d311
- Außendurchmesser des Außenrings der Lamellenventilplatte
- 1
- Kolbengrundkörper
- 2
- Kolbenring
- 3
- Kolbenbodenventil
- 4
- Bundring
- 11
- erster Abschnitt
- 12
- zweiter Abschnitt
- 13
- Kolbenboden
- 14
- Ventilöffnung
- 31
- Lamellenventilplatte
- 41
- erster Abschnitt
- 42
- zweiter Abschnitt
- 311
- Außenring
- 312
- Ventilplättchen
- 313
- Federelement
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Zunächst wird auf 1 bis 4 Bezug genommen.
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In den 1 bis 4 ist schematisch eine Kolbenpumpe, insbesondere das schematisch angedeutete Zusammenspiel von Kolben bzw. Kolbengrundkörper und Kolbenbodenventil dargestellt.
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Ein Kolben K für eine Kolbenpumpe, insbesondere einen Kolbenverdichter, umfasst im Wesentlichen einen Kolbengrundkörper 1 und ein Kolbenbodenventil 3.
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Eine Kolbenpumpe umfasst im Wesentlichen einen Arbeitsraum A mit dem Kolben K und einem Zylinderkopf P, sowie einen Fluideingang FE und einen Fluidausgang FA.
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Der Kolben ist mit mindestens einem Kolbenbodenventil 3 ausgestattet. In der Regel wird der Kolben über eine Kurbelwelle E oder einen Exzenter in dem Arbeitsraum angetrieben. Dabei bildet das Kurbelgehäuse G in der Regel den Fluideingang FE und der Fluidausgang FA ist in dem Zylinderkopf P angeordnet. Das Kolbenbodenventil 3 öffnet entsprechend, wenn sich der Kolben K auf dem Weg zum Kurbelgehäuse K, also Richtung UT (unterer Totpunkt), befindet und schließt auf dem Weg zum Zylinderkopf P, also Richtung OT (oberer Totpunkt). Das Fluid wird von dem Fluideingang FE zu dem Fluidausgang FA gefördert. Der Kolben K ist dementsprechend insbesondere durchströmbar, damit Fluid von einer Niederdruckseite im Arbeitsraum und von dort mittels Fluidausgang auf eine Hochdruckseite gelangt.
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Nachfolgend wird auf die 5 bis 11 Bezug genommen.
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Das Kolbenbodenventil 3 umfasst im Wesentlichen eine, vorzugsweise zentrale, Ventilöffnung 14 in dem Kolbenboden 13, sowie eine Lamellenventilplatte 31. Das Kolbenbodenventil 3 wird vorzugsweise als zentralöffnendes Lamellen- bzw. Zungenventil mit Außenfixierung ausgeführt. Prinzipiell sind jedoch auch andere Arten von Lamellen- oder Zungenventilen möglich, insbesondere wenigsten teilweise in Umfangsrichtung oder radial verlaufende Ventile, mehrere Ventilöffnungen, etc. Allen gemein ist die Außenfixierung in einem Kreisringbereich.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lamellenventilplatte 31 mit einem Bundring 4 an dem Kolbengrundkörper 1 befestigt ist.
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Der Kolbengrundkörper 1 weist in axialer Richtung, ausgehend von dem Kolbendboden 13, einen ersten Abschnitt 11 und mindestens einen zweiten Abschnitt 12 auf. Der vom Kolbenboden 13 aus gesehene nächstliegende erste Abschnitt 11 weist einen Außendurchmesser d11 und der vom Kolbenboden 13 weiter entfernte zweite Abschnitt 12 einem Außendurchmesser d12 auf. Der Außendurchmesser d11 des ersten Abschnitts 11 ist kleiner als der Außendurchmesser d12 des zweiten Abschnitts 12 ausgestaltet. Der erste Abschnitt 11 kann auch als abgesetzter Durchmesser am Kolbengrundkörper 1 angesprochen werden.
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Bei dem Bundring 4 handelt es sich im Wesentlichen um einen hohlzylinderförmigen Körper mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt. Innenseitig weist der Bundring 4 in axialer Richtung mindestens zwei Abschnitte auf, insbesondere einen ersten Abschnitt 41 und einen zweiten Abschnitt 42. Der erste Abschnitt 41 weist einen Innendurchmesser d41 und der zweiten Abschnitt 42 weist einen Innendurchmesser d42 auf. Der Innendurchmesser d42 des zweiten Abschnitts 42 ist kleiner als der Innendurchmesser d41 des ersten Abschnitts 41 ausgestaltet. Der zweite Abschnitt 42 kann auch als umlaufender Bund oder Vorsprung angesprochen werden. Der erste Abschnitt 41 korrespondiert hinsichtlich seines Innendurchmessers d41 mit dem Außendurchmesser d11 des ersten Abschnitts 11 des Kolbengrundkörpers 1, insbesondere dergestalt, dass Kolbengrundkörper 1 und Bundring 4 in einem verbundenen Zustand einen Presssitz ausbilden.
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Die Lamellenventilplatte 31 umfasst vorzugsweise einen Außenring 311 und ein Ventilplättchen 312. Zwischen Außenring 311 und Ventilplättchen 312 ist vorzugsweise ein Federelement 313 vorgesehen. Die Lamellenventilplatte kann vorzugsweise als ausgestanztes Blechteil ausgeführt sein. Das Federelement 313 bzw. die Federelemente sind beispielsweise als abschnittsweise in Umfangsrichtung verlaufende Blechstreifen ausgebildet. Der Außenring 311 weist einen Außendurchmesser d311 auf.
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Weitere Details der Erfindung ergeben sich insbesondere aus einer Montage des Kolbens unter Zuhilfenahme der Bundringanordnung 4.
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Die Lamellenventilplatte 31 wird auf den Kolbenboden 13 aufgelegt. Vorzugsweise korrespondiert der Außendurchmesser der Lamellenventilplatte 31, insbesondere der Außendurchmesser d311 des Außenrings 311 der Lamellenventilplatte 31, mit dem Außendurchmesser d11 des ersten Abschnitts 11 des Kolbengrundkörpers 1, so dass die Lamellenventilplatte 31 und der erste Abschnitt 11 fluchten.
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Anschließend wird der Bundring 4, insbesondere der erste Abschnitt 41, auf den ersten Abschnitt 11 des Kolbengrundkörpers 1 aufgeschoben, insbesondere aufgepresst. Im Ergebnis ist die Lamellenventilplatte 31, insbesondere der Außenring 311, zumindest abschnittsweise, zwischen dem Kolbenboden 13 und dem Bundring 4, insbesondere zwischen dem ersten Abschnitt 11 des Kolbengrundkörpers 1 und dem zweiten Abschnitt 42 des Bundrings 4, aufgenommen, so dass die Lamellenventilplatte 31, insbesondere in axialer Richtung, fixiert ist. Vorzugsweise ist die Lamellenventilplatte auch in radialer Richtung durch den Bundring 4 fixiert bzw. zentriert. Es kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser der Lamellenventilplatte 31, insbesondere der Außendurchmesser d311 des Außenrings 311 der Lamellenventilplatte 31, gleich dem Innendurchmesser d41 des ersten Abschnitts 41 ist.
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Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Bundring 4 einen Außendurchmesser d4 aufweist, der dem Außendurchmesser d12 des zweiten Abschnitts 12 des Kolbengrundkörpers 1 entspricht. Insofern komplettieren sich insbesondere Bundring 4 und Kolbengrundkörper 1 zu einem Kolben.
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Es kann weiter vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Kolben mit einem Kolbenring 2 ausgestattet ist. Vorzugsweise wird auch der Kolbenring 2 mit dem Bundring 4 fixiert.
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Es kann weiter vorzugsweise vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt 11 des Kolbengrundkörpers 1 um wenigstens den Betrag der Höhe des Kolbenringes 2 länger als der Bundring 4 ausgebildet ist.
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Der Kolbenring 2 weist einen Innendurchmesser d21 auf, wobei der Innendurchmesser d21 vorzugsweise größer als der Außendurchmesser d11 des ersten Abschnitts des Kolbengrundkörpers sein soll, so dass ein Auffädeln des Kolbenrings 2 auf den ersten Abschnitt 11 des Kolbens erfolgen kann. Der Innendurchmesser d21 sollte vorzugsweise Spiel zum ersten Abschnitt 11 des Kolbengrundkörpers 1 aufweisen. Der Außendurchmesser d22 des Kolbenrings 2 wird im Wesentlichen durch den Zylinder /Zylinderdurchmesser des Arbeitsraums A vorgegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Bundring 4 den Kolbenring am freien Ende des zweiten Abschnitts 42 führt bzw. fixiert. Zur Montage des Kolbenrings 2 kann dieser beispielsweise vor dem Aufschieben des Bundrings 4 auf den Kolbengrundkörper 1 aufgefädelt und insbesondere auf die sich aus dem Übergang vom zweiten Abschnitt 12 zum ersten Abschnitt 11 ergebenden Schulter gelegt worden sein. Durch das Aufschieben des Bundrings 4 wird der Kolbenring 2 zwischen der Schulter des zweiten Abschnittes 12 und dem Bundring 4 axial festgelegt bzw. geführt.
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Der Kolbengrundkörper 1, insbesondere die Schulter des zweiten Abschnittes 12, und der Bundring 4, insbesondere das freie Ende des ersten Abschnitts 41, bilden vorzugsweise eine Kolbenringaufnahme, insbesondere Kolbenringnut, aus. Eine Montage ist insbesondere in der 7 ersichtlich. Dabei wird insbesondere der Kolbengrundkörper 1 gehalten, anschließend der Kolbenring 2 aufgefädelt, anschließend das Kolbenbodenventil 3 auf Kolbenboden 13 gelegt, und anschließend der Bundring 4 über Abschnitt 11 von 1 geführt und mittels der Pressverbindung fixiert.
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Für die genannten Durchmesserbeziehungen gelten technisch notwendige Toleranzen bzw. Abweichungen.
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Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Kolbenpumpe, insbesondere Kolbenverdichter, liegt im Bereich eines Kältemittelverdichters, insbesondere mit einem Elektromotor angetriebene Kolbenpumpe bzw. Kolbenverdichter, insbesondere Kältemittelverdichter.
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Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10322352 A1 [0002]
- DE 19917009 A1 [0002]
