DE3208037A1

DE3208037A1 - Displacement element of a high pressure pump

Info

Publication number: DE3208037A1
Application number: DE19823208037
Authority: DE
Inventors: Gerd 7302 Ostfildern Wloka
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1983-11-10

Abstract

A displacement element of a high pressure pump for abrasive or corrosive fluids comprises a piston rod and a piston of oxide-ceramic material connected to this by means of a detachable connection. The piston is constructed as a cylindrical body with a blind hole, which has a cylindrical counterbore and contains a clamping element. The piston rod is provided with a shoulder and a threaded socket. The clamping element may be formed as a wire threaded insert or comprise a nut which is arrested in the blind hole by at least one spring ring. In this case the blind hole has the form of an internal polygon. <IMAGE>

Description

Anlage zur Eingabe vom 3.3.1982Attachment to the entry from 03/03/1982

Verdrängerteil einer Hochdruckpumpe. Displacement part of a high pressure pump.

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.The invention relates to a displacement part of a high pressure pump for abrasive or corrosive liquids that consist of a piston rod and one attached to it Piston made of oxide ceramic material fastened by means of a detachable connection consists.

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.Pump pistons of high-pressure pumps for washing units, such as those used for example in agriculture for hosing down stables or cleaning machines, as are used for car cleaning in the automotive sector, are subject to high Stresses. The pumps are generally designed as piston pumps, where 2-6 cylinders work on one crankshaft. You can reach pressures that between 80 and 180 bar. The cleaning fluid used is usually sharp alkalis used. The temperatures of the cleaning fluids are 80 and more degrees C. The coated or hard chrome-plated steel sleeves previously used as pistons were connected to the piston rod via a clamping screw. Alternative to these Corresponding sleeves made of sintered oxide ceramics have been used for steel sleeves, that were connected by analogy. A stainless steel was used as the metal for the piston rod Material, so generally a high-alloy steel related.

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.With the use of a ceramic sleeve as a piston, it was already possible to a large extent the requirement for wear resistance and chemical resistance of the piston, as well as the service life of the cuff. Difficulties arose however, by attaching this ceramic sleeve to the piston rod. In many Cases the screw corroded or did not get along with the pumped medium in that immerses them. In all cases it was necessary to provide a seal to manufacture the ceramic sleeve, which was extremely complex.

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.Only through an O-ring with a guide ring behind it and a copper washer could ensure that the seal over a longer period of time Period. In addition, both ends of the ceramic sleeve had to be ground flat to prevent the piston from being destroyed by the bending forces that occur during tensioning to avoid.

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.The arrangement of the O-ring for the seal also required this Grinding in a bevel in the engagement area of the O-ring in the ceramic tube to prevent the risk of crushing the O-ring during assembly. The crushing resulted in a poor seal, which led to corrosion within the piston, or destroyed the piston during the suction stroke due to higher internal pressure. Also by attaching it the bevel became the risk of an O-ring being crushed during rapid assembly, not completely prevented. Because the pistons are loosened after a certain amount of work need to replace the worn sealing sleeves that slide on this piston, it is absolutely necessary that the connection between piston and piston rod cannot corrode, i.e. completely separated from the pumped medium be got to.

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.The invention is therefore based on the object of a connection between Pistons and piston rods can also be found when used in corrosive and abrasive Media can be released after a long period of time.

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.The problem is solved by the combination of the following features. The piston is designed as a cylindrical body and has a blind hole Mistake. The blind hole has a cylindrical recess, the blind hole contains a clamping element and the piston rod has a neck and a threaded connector Mistake.

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.Oxide ceramic materials such as aluminum oxide are corresponding to the aluminum oxide content of the masses at temperatures above 15000C sintered. During this sintering process, the green bodies initially shrink Parts significant, i.e. in the range of 18 to 23%. This shrinkage is dependent the shape of the materials to be sintered is not completely uniform everywhere, especially not if there are different wall thicknesses. For this Basically, it is extremely difficult to find an exactly fitting thread for a machine screw sintering directly into an oxide sintered body. One must therefore proceed in such a way that the required thread subsequently by grinding in with diamond-tipped Introduced into grinding tools, or

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.is post-processed. However, such a complex process is for such a simple body as represented by a pump piston, for reasons of price not feasible. The state of the art therefore provided for ceramic tubes to be sintered, which have been sanded on both ends and by means of a Bolt could be screwed onto the piston rod. The disadvantage of this design consists in the complicated sealing, without which loosening of the piston is not possible is. It was also necessary to grind both end faces flat.

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.The solution according to the invention makes it possible to design the piston so that the joint ceramic / metal, i.e. the area in which the piston in the piston rod passes, lies outside the pump chamber and thus the problem of the from the start Entry of the pumped liquid is avoided because the piston is on the opposite side Side that is immersed in the fluid to be pumped has a closed circular area. The tensioning element located in the blind hole of the piston is expedient according to an expedient Embodiment of the invention a wire thread insert. This under the name Heli-Coil thread inserts known from a trademark of Böllhoff + Co. a fixed screw connection, even if that is present in the ceramic, i.e. in the Sintering process formed thread has major inaccuracies that do not allow it would insert a machine screw directly.

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.By arranging a cylindrical countersink in the blind hole of the Piston that is appropriately ground is a snug fit between the piston rod and piston reached, i.e. the piston is centered on the piston rod.

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.The connection between piston and piston rod can be achieved by introducing done by clamping washers in the blind hole of the piston, the threaded connector the piston rod is then screwed into the discs will and so the The clamping washers spread and press against the wall of the blind hole. As tension washers are including so-called ring clamping disks - a registered trademark of Ringspam Albrecht Maurer K.G. -used. This fastening option is extremely inexpensive, however, requires considerable introductory skills during assembly in order not to to burst the blind hole of the piston by applying excessive forces.

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.A preferred embodiment of the invention therefore provides that in a nut is introduced into the blind hole. The mother is expediently through Spring washers locked in the blind hole, the blind hole advantageously having the shape of a Has polygonal socket. A normal hexagon nut can be used as the nut are used, in which case the blind hole is designed in the form of a hexagon socket is. A special degree of accuracy in the execution of the internal polygon is required not deliver. There can even be considerable play between the nut and the socket exist. It is only important that the mother is held in the blind hole and not can exit towards the opening. This is achieved by an annular groove in which a Spring washer can be used so that the nut when tightening the piston on the piston rod is pressed against the spring ring and thus rests firmly. That The ring groove is made when the piston is green, i.e. before Sintering, because no great accuracy requirements are made here either have to. Compared to the previously known tubular piston made of oxide ceramic, results This means that there is already progress in terms of machining technology, that only one end face must be ground, namely the face, the one on the piston rod is applied, i.e. that with the improvement of the product, additional labor is saved is achieved.

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.The piston rod itself is expediently provided with a shoulder, to which a threaded connector connects. The approach is in this case as well designed as a fit and engages in the recess of the blind hole of the piston, to form the lead. The threaded connector is simultaneously inserted into the wire thread insert of the piston or screwed into the nut inserted in the blind hole.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.The invention is described below with reference to the drawings.

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.Fig. 1 shows a piston with an embedded wire thread insert, Fig. 3 shows a piston with inserted nut according to the invention, FIG. 2 the one according to the invention Piston rod, FIG. 4 a section through FIG. 3 and FIG. 5 a displacement part, i.e., a piston and a piston rod according to the prior art.

Die Kolbenstange 1 weist einen Ansatz 4 auf, der zur Druckverteilung einen Ausgleichsring lo trägt.The piston rod 1 has a projection 4, which is used for pressure distribution carries a compensation ring lo.

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.The threaded connector 5 arranged on the extension 4 can be inserted into the wire thread insert 7 of the piston 2 are screwed in. The recess 6 overlaps the approach 4, whereby the piston 2 is centered. Instead of the wire thread insert 7, As FIG. 3 shows, a nut 8 can be arranged in the blind hole 3 of the piston 2, with the nut 8 is held by two spring washers 9 mounted in annular grooves 11.

Claims

Annex to the submission of 3 March 1982 patent claims.

Displacement part of a high pressure pump for abrasive and / or corrosive Liquids, consisting of a piston rod and one on this by means of a detachable connection attached piston made of oxide ceramic material, marked by combining the following features: The piston (2) is a cylindrical body executed with a blind hole (3), the blind hole (3) has a cylindrical recess (6) and contains a clamping element (7, 8), the piston rod (1) is with a Attachment (4) and a threaded connector (5).

2. Displacement part according to claim 1, characterized in that the The clamping element is a wire thread insert (7).

3. Displacement part according to claim 1, characterized in that the The clamping element is a nut (8).

4. Displacement part according to one of claims 1 and 3, characterized in that that the nut (8) is locked in the blind hole (3) by at least one spring ring (9) is.

5. Displacement part according to one of claims 1 and 3 to 4, characterized characterized in that the blind hole (3) has the shape of an internal polygon.