DE4035755A1

DE4035755A1 - Kolbenkopf aus kunststoff

Info

Publication number: DE4035755A1
Application number: DE4035755A
Authority: DE
Inventors: Roy J Rozek; Mark O'connell
Original assignee: Thomas Industries Inc
Current assignee: Thomas Industries Inc
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1991-08-01
Also published as: JPH03277867A; US5022312A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kolben. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung Kolben, die Tellerdichtungen (cup seals) verwenden, die mit dem Kolbenkopf verbunden sind. Zusätzlich betrifft die Erfindung Kolben, die aus Kunst stoffmaterial hergestellt sind.

Sowohl Taumelkolben (wobble-type pistons) als auch Teller dichtungen sind bereits bekannt. Zusätzlich ist es bekannt, Taumelkolben mit zweiteiligen Stangen zu konstruieren. Über dies ist es bekannt, Kolben aus Kunststoff herzustellen.

In der US-PS 47 30 550 ist eine zweiteilige Kolbenstangen konstruktion offenbart, bei der ein oberer Abschnitt einer Kolbenstange integral mit einem Kolben eines Taumelkolbens ausgebildet ist. Der obere Kolbenstangenabschnitt ist am unteren Kolbenstangenabschnitt mittels Bolzen befestigt, die sich durch die Arbeitsfläche des Kolbens und den oberen Kolbenstangenabschnitt hindurch und in den unteren Kolben stangenabschnitt hinein erstrecken.

Die übliche Praxis beim Zusammenbau von Tellerdichtungen und Kolben besteht darin, eine Tellerdichtung auf der oberen Fläche eines Kolbens festzuklemmen, indem die Teller dichtung zwischen dem Kolben und der Scheibe gehalten wird. Ein typisches Beispiel ist in der US-PS 47 30 550 offenbart.

Da die Tellerdichtungen auf dem Kolben zusammengebaut werden, wird die Höhenkontrolle der Kolbenbaugruppe wegen der Schwankungen beim Festklemmen der Scheibe, welche die Tellerdichtung am Kolben befestigt, beeinträchtigt. Zusätz lich können unterschiedliche Tellerdichtungen verschiedene Kompressionseigenschaften aufweisen, was zu unterschied lichen Kolbenhöhen führen kann.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Kolbenkopf aus Kunst stoff zur Verfügung, bei dem eine Tellerdichtung leicht und schnell dauerhaft an einem Kolbenkopf befestigt werden kann und die kritische Höhe der Kolbenbaugruppe eingehalten werden kann.

Zu diesem Zweck stellt die Erfindung einen Kolbenkopf aus Kunststoff zur Verfügung, der einen Flansch einschließt, der sich radial von der Arbeitsfläche des Kolbens wegerstreckt. Eine ringförmige Tellerdichtung wird zwischen der Unterseite des Flansches und einem ringförmigen Haltering gehalten, der gegen die Unterseite des Flansches befestigt ist, vorzugs weise durch Schallschweißung, so daß der Ring und der Kolbenkopf um die Dichtung herum miteinander verschmelzen, um ein einheitliches Bauteil zu bilden.

In einer anderen Ausführungsform schließt der Kolbenkopf flansch eine umlaufende Dichtrippe und einen Dichtungsan schlag und eine Kunststoffabflußnut auf einem Innendurch messer des Flansches ein.

In einer weiteren Ausführungsform schließt die Erfindung eine zweiteilige Kolbenstangenkonstruktion ein. Demgemäß liegt ein Vorteil der Erfindung in einem verbesserten Kolben- und Tellerdichtungs-Zusammenbau.

Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die kritische Höhe der Kolbenbaugruppe ungeachtet der im be sonderen Fall verwendeten Tellerdichtung kontrolliert werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Leichtigkeit des Betriebs einer Pumpe bei Verwendung der erfindungsgemäßen Kolben- und Tellerdichtungs-Baugruppe aufgrund des leichten Ersetzens entweder des Kolbens und/oder der Stange der Bau gruppe.

Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Kolben und die Tellerdichtung leicht zusammengebaut werden können.

Die Erfindung und diese und andere Vorteile werden in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kolben- und Zylinder-Baugruppe, bei der ein Kolben einge setzt ist, der die Prinzipien der Erfindung verkörpert;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Kolben- und Zylinder-Baugruppe von Fig. 1, entlang der Linie III-III;

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung des Kolbenkopfes des Kolbens von Fig. 1, wodurch der Zusammenbau des Kolbenkopfes veranschaulicht wird;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Abschnitt des Kolbenkopfes des Kolbens von Fig. 1, wodurch der Zusammenbau des Kolbenkopfes veran schaulicht wird; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Abschnitt des Kolbenkopfes von Fig. 5, wodurch die resultierende Kolbenkopfstruktur veran schaulicht wird.

Eine Kolben- und Zylinder-Baugruppe 10 ist in Fig. 1 darge stellt. Ein Zylinder 12 der Baugruppe 10 ist über Ventil öffnungen 14 und 16 für eine Fließverbindung mit einem Ver teiler 18 mit Flüssigkeits-Einlaß- und -Auslaßkammern 20 bzw. 22 verbunden. Ein Taumelkolben 24 (d. h., daß der Kolben nicht schwenkbar mit der Stange verbunden ist) ver körpert die Prinzipien der Erfindung, wie sie im folgenden diskutiert werden.

In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Kolben 24 als ein oberer Stangenabschnitt 26 beschrieben und mit einem unteren Stangenabschnitt 28 verbunden. Der obere Abschnitt 26 der Kolbenstange ist lösbar an einem oberen Abschnitt 30 des unteren Kolbenstangenabschnitts 28 befestigt. Der untere Abschnitt 28 der Kolbenstange seinerseits ist an einer Kurbel 31 für geeignete Hin- und Herbewegung befestigt. Die zweiteilige Kolbenstangenkonstruktion ist Gegenstand der US- PS 47 30 450 derselben Anmelderin. Die Offenbarung dieses Patentes wird hier vollständig miteinbezogen.

Wie am deutlichsten in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist der obere Kolbenstangenabschnitt 26 am unteren Kolbenstangenab schnitt 28 mit Hilfe von Schrauben 32 befestigt, die sich durch geeignete axiale Bohrungen 34 hindurch erstrecken, die im oberen Kolbenstangenabschnitt 26 ausgebildet sind. Die Schrauben 22 stehen in Eingriff mit Bohrungen 36, die im axialen Ende des unteren Kolbenstangenabschnitts 30 ausge bildet sind.

Der Kolben 24 umfaßt eine Tellerdichtungs-Baugruppe 40, wie sie am deutlichsten in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist. Wie dargestellt, schließt der obere Kolbenabschnitt 26 einen sich radial erstreckenden Flansch 42 ein, der einen Teil der Arbeitsfläche 45 des Kolbens 24 bildet. Als solcher defi niert der Umfang des Flansches 42 den Umfang des Kolbens 24 und die Fläche, die an der zylindrischen Innenfläche 44 des Zylinders 12 anliegt.

Eine Unterseite 46 des Flansches 42 dient als eine obere Klemmfläche für das Festklemmen eines ringförmigen Teller dichtungsrings 48. Ein Haltering 50 dient dazu, eine untere Klemmfläche zum Festklemmen der Tellerdichtung 48 am oberen Kolbenabschnitt 26 zur Verfügung zu stellen. Während des Zusammenbaus wird die Tellerdichtung 48 gegen die Unter seite 46 des Flansches 42 gelegt und dann wird der Haltering 50 gegen die Tellerdichtung 48 befestigt, um die Dichtung 48 dazwischen festzuklemmen. In der dargestellten Struktur ist der Haltering 50 am Stangenabschnitt 26 durch Ultraschall schweißung befestigt, obgleich verschiedene andere Verfahren der Interferenz- oder mechanischen Befestigung alternativ einsetzbar sind.

In Fig. 5 ist zu sehen, daß die Unterseite oder Bodenfläche 46 des Flansches 42 eine umlaufende Dichtrippe 60 ein schließt. Zusätzlich schließt die Unterseite 46 einen um laufenden Telleranschlag und eine Kunststoffabflußnut 62 ein, die an der Ecke der Verbindung zwischen dem Flansch 42 und dem oberen Kolbenstangenabschnitt 26 angeordnet ist.

Die Rippe 60 dient zwei Funktionen. Die Rippe 60 stellt eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Raum oberhalb der Ar beitsfläche 45 des Kolbens 24 und dem Raum unterhalb des Kolbens 24 im Zylinder 12 dar. Wie in Fig. 5 zu sehen, er streckt sich die Rippe 60 in die Tellerdichtung 48 hinein, um den Durchgang von Flüssigkeit über die obere Fläche der Tellerdichtung 48 zu verhindern. Überdies dient die Rippe 60 dazu, die Tellerdichtung 48 zu greifen und sie in ihrer festgeklemmten Position festzuhalten.

Die Nut 62 dient ebenfalls zwei Funktionen. Die Nut 62 dient in ähnlicher Weise zum Greifen der Tellerdichtung 48 und zum Festhalten der Dichtung 48 an ihrem Platz, da die innere Umfangskante 66 der Dichtung 48 während des Zusammenbaus in die Nut 62 gedrückt wird. Zusätzlich stellt die Nut 62 einen Raum zur Verfügung, in den hinein geschmolzenes Kunststoff material während des Schallschweißens des Halterings 50 an den Kolben 24 abfließen kann.

Preßpassung des Rings 50 auf dem Kolben 24 wird erzwungen, weil der Innendurchmesser des Rings 15 genau gleich oder geringer ist als der Außendurchmesser eines unteren zylindrischen Abschnittes 68 des Kolbens 24, d. h. die ent sprechenden Durchmesser überlappen sich bis zu einem ge ringen Grad. Somit ist es schwierig, den Ring 50 auf dem Kolben 24 zu positionieren.

Um die Positionierung des Rings 50 auf dem Kolben 24 zu unterstützen, umfassen der Ring 50 und der Kolben 24 zu sammenwirkende umlaufende Kerben 70 bzw. 72. Im wesentlichen sind der obere Rand des Innendurchmessers des Rings 50 und der untere Außendurchmesser des unteren zylindrischen Ab schnitts 68 so eingekerbt, daß der Ring 50 vor dem Zusammen bau teilweise um den unteren zylindrischen Abschnitt 68 herumgreift. Einmal in Position gebracht, kann der Ring 50 auf dem Kolben 24 befestigt werden.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfassen der Kolben 24 und der Ring 50 vorzugsweise glasverstärktes Kunststoffmaterial. Eine Anzahl verstärkter Kunststoff materialien dieser Art sind von einer Vielzahl von Harz lieferanten erhältlich, von denen viele von befriedigender Qualität sind.

Aus dem Vorangehenden kann geschlossen werden, daß wegen des einzigartigen Zusammenbaus der Tellerdichtung mit dem Kolben die Tellerdichtung 48 am Kolben 24 durch Einschieben von unten her befestigt werden kann, was eine bessere Kontrolle der kritischen Höhe der Kolben-Baugruppe ermöglicht. Über dies liefert die Schallschweißung eine einheitliche Struk tur, wie oben angegeben.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprü chen und der beiliegenden Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kom bination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren ver schiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Kolben- und Zylinder-Baugruppe
12 Zylinder
14/16 Ventilöffnungen
18 Verteiler
20 Flüssigkeits-Einlaßkammer
22 Flüssigkeits-Auslaßkammer
24 Taumelkolben
26 oberer Stangenabschnitt
28 unterer Stangenabschnitt
30 oberer Abschnitt von 28
31 Kurbel
32 Schrauben
34 axiale Bohrung
36 Bohrung
40 Tellerdichtungs-Baugruppe
42 Flansch
44 zylindrische Innenfläche von 12
45 Arbeitsfläche von 24
46 Unterseite von 42
48 Tellerdichtung
50 Haltering
60 Dichtrippe
62 Nut
66 innerer Umfangsrand von 48
68 unterer Zylinderabschnitt von 24
70 umlaufende Kerbe von 50
72 umlaufende Kerbe von 24

Claims

1. Kolben, gekennzeichnet durch eine Baugruppe, die folgendes umfaßt:

a) einen umlaufenden Flansch (42), der sich radial vom Kolben (24) wegerstreckt;
b) eine ringförmige Tellerdichtung (48), die um den Kolben herum in Eingriff steht und an der Unterseite (46) des Flansches (42) anliegt; und
c) ein ringförmiger Haltering (50), der an der Teller dichtung (48) anliegt, so daß diese zwischen dem Haltering (50) und dem Flansch (42) festgeklemmt ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (50) an besagtem Kolben (24) angeschmolzen ist, so daß eine einheitliche Struktur ausgebildet ist.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (42) eine umlaufende Rippe (6) auf seiner Unterseite (46) aufweist.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (42) eine umlaufende Nut (62) an der Verbindungs stelle zwischen dem Kolben (24) und dem Flansch (62) auf weist.

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (50) durch Schall mit dem Kolben (24) verschweißt ist, wodurch eine einheitliche Struktur ausgebildet ist.

6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) einstückig mit einem Abschnitt (26) einer Kolben stange ausgebildet ist.

7. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (42) eine umlaufende Rippe (60) und eine umlaufende Nut (62) auf seiner Unterseite (46) aufweist und der Halte ring (50) an den Kolben (24) angeschmolzen ist.

8. Kolben, gekennzeichnet durch eine Tellerdichtung (48), die zwischen einem Flansch (42), der sich radial vom Kolben (24) wegerstreckt, und einem Haltering (50), der am Kolben (24) befestigt ist, festgeklemmt ist, wobei der Flansch (42) einen Teil der Arbeitsfläche (45) des Kolbens (24) und den radialen Umfang des Kolbens (24) definiert.

9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) einstückig mit einem Abschnitt (26) einer Kolben stange ausgebildet ist.

10. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (50) durch Schall mit dem Kolben (24) verschweißt ist.

11. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Kunststoff hergestellt ist.

12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein glasverstärktes Material umfaßt.

13. Verfahren zum Zusammenbau eines Kolbens und einer Teller dichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Positionieren einer Tellerdichtung (48) um die Unterseite (46) eines Kolbens (24) herum;
Anlegen der Tellerdichtung (48) an einen Flansch (42);
Positionieren eines ringförmigen Halterings (50) um den Kolben (24) herum; und
Befestigen der Tellerdichtung (48) zwischen dem Flansch (42) und dem Haltering (50).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsschritt so durchgeführt wird, daß der Halte ring (50) an den Kolben (24) angeschmolzen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsschritt so durchgeführt wird, daß der Halte ring (50) an den Kolben (24) mit Schall angeschweißt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungschritt so durchgeführt wird, daß der Halte ring (50) auf den Kolben (24) preßgepaßt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) auf einen Abschnitt (26) einer Kolbenstange aufgeschraubt wird.

18. Kolben- und Tellerdichtungs-Baugruppe aus Kunststoff, gekennzeichnet durch:
einen Kolben (24) aus Kunststoff mit einem sich radial weg erstreckenden, umlaufenden Flansch (42);
einen Haltering (50), der um den Kolben (24) herum auf einer Unterseite (46) des Flansches (42) befestigt ist; und
eine Tellerdichtung, die zwischen dem Flansch (42) und dem Haltering (50) befestigt ist.

19. Kunststoffkolben nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß der Haltering (50) am Kolben (24) angeschmolzen ist.

20. Kunststoffkolben nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß der Haltering (50) durch Schall am Kolben (24) ange schweißt ist.