EP0688952B1 - Hochdruckreinigungsgerät - Google Patents

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EP0688952B1
EP0688952B1 EP95104290A EP95104290A EP0688952B1 EP 0688952 B1 EP0688952 B1 EP 0688952B1 EP 95104290 A EP95104290 A EP 95104290A EP 95104290 A EP95104290 A EP 95104290A EP 0688952 B1 EP0688952 B1 EP 0688952B1
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EP
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core
piston
pressure cleaning
cleaning apparatus
accordance
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EP95104290A
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English (en)
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EP0688952A1 (de
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Reinhold Diesch
Gerhard Stäbler
Alfred Poch
Eberhard Gleich
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Alfred Kaercher SE and Co KG
Original Assignee
Alfred Kaercher SE and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12—Coating

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure cleaning device a swashplate drive for at least one oscillating displaceable piston of a high pressure pump, the with a head part resiliently pressed against a swash plate is sealed with a cylindrical working part immersed in a pump chamber of the high pressure pump.
  • Pistons made of steel, for example made of high-alloy Cr steels. These pistons are relatively tall Weight, and therefore result in high-speed pumps very high acceleration forces.
  • pistons of this type in whole or in part Made from ceramic to reduce weight to reach. To a certain extent, these pistons successfully replace steel pistons, but result in Partly constructive difficulties in that ceramics little can be claimed on train.
  • the piston will partially continue made of metal, but only in the core area, the outer areas are replaced by plastic, by the metallic core of the piston with plastic is encased.
  • the core is circular cylindrical is trained and is essentially about extends the entire length of the working part. So it will a conventional steel piston in the area of its working part provided with a much smaller scope, and the reduced area is covered by a plastic coating replaced. It is advantageous if the thickness of the Plastic sheath is between 0.5 and 10 mm, preferred between 1 and 5 mm.
  • the plastic jacket additionally covers the end face of the core.
  • the core is, so to speak, immersed in a plastic pot or Plastic sleeve and is all-round in the working part surrounded by the plastic jacket.
  • a receiving opening in the end face of the core is arranged for a holding element, for example a blind hole.
  • a holding element immerse, for example a holding pin
  • the Metal core of the piston stops when the plastic jacket is on this is attached.
  • the remaining opening in the plastic jacket can after coating the core and the Removal of the piston from the holding element with plastic be closed in one piece so that a complete Coverage also takes place in the area of the end face of the core.
  • the head part of the piston is made of metal and with the Core is connected by cold forming.
  • the headboard serves as part of the swashplate.
  • the outer diameter of the Head part the outer diameter of the plastic jacket is the same, so that there is a total piston with continuous same outer diameter.
  • a support collar on the plastic jacket molded for a pressure spring surrounding the working part is.
  • This support collar is advantageously on the Molded headboard adjacent edge of the plastic jacket.
  • the support collar is radial has outwardly decreasing material thickness, in particular the support collar can be triangular in cross section be.
  • a particularly good adhesion of the plastic jacket the core is obtained when the plastic jacket on the Core is sprayed on.
  • An electric motor 2 is arranged in a housing 1 whose motor shaft 3 is held a swash plate 4. This plunges into the housing 5 of a high-pressure pump 6, which directly connects to the electric motor 2.
  • a high-pressure pump 6 which directly connects to the electric motor 2.
  • a plurality of pumping chambers 7 are arranged, only one of which is shown in FIG. 1.
  • Each Pump chamber 7 is connected to an inlet valve 8 Inlet line 9 and an outlet valve 10 with a Outlet line 11 in communication into each pump chamber 7 immersed sealed a cylindrical piston 12 which in a guide 13 is mounted for longitudinal displacement.
  • This Piston 12 lies with a head part 14 on the swash plate 4 and is resiliently opposed by a coil spring 15 the swashplate pressed on the one hand on the High pressure pump 6 and on the other hand on a support collar 16 is supported on the piston 12 and which receives the piston 12 Guide 13 surrounds.
  • a piston 12 is shown in longitudinal section in FIG.
  • This piston 12 is constructed in two parts, namely it comprises a core 17 with a cylindrical working part 18th and the head part 14 and the cylindrical working part 18 all-round plastic sheath 19, the extends to the extended head part 14.
  • the outside diameter of the head part 14 corresponds to the outer diameter of the plastic jacket 19, the layer thickness of the plastic jacket 19 is approximately 0.5 to 10 mm, preferably 1 up to 5 mm.
  • the ratio of the diameter of the Core and the diameter of the entire piston in the The order of 8:15 to 13:15, especially in the Magnitude 10:15 to 11:15.
  • Plastic jacket 19 is the support collar 16 in one piece molded on the plastic jacket 19, it is like that Plastic jacket 19 made of plastic and has the cross section a right triangle, that is Material thickness decreases radially outwards.
  • the plastic jacket 19 is preferably made by injection molding of the working part 18 applied to this, and points to it the working part 18 has a blind hole on its end face 20 21 into which a pin-shaped holding element 22 can immerse. To coat the core 17, this is plugged onto the holding element 22 and then with Injection molded plastic after removal from the holding element 22 the remaining opening in the area of the blind hole 21 are also filled with plastic so that the plastic jacket 19 also in the area of the end face 20 covers them continuously.
  • the encapsulation of the core is usually done by a sprue with single or multiple gate, ring gate or screen cut.
  • thermoplastic materials be used for example higher polyester or benzene derivatives, for example polyphthalamide (PPA), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone (PEK) or polyimide (PI).
  • PPA polyphthalamide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyether ether ketone
  • PEK polyether ketone
  • PI polyimide
  • thermosetting plastics for example, phenol, formaldehyde resins, Melamine formaldehyde resins, unsaturated polyester resins or epoxy resins.
  • mineral fillers for example in an amount of 50% by weight.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckreinigungsgerät mit einem Taumelscheibenantrieb für mindestens einen oszillierend verschiebbaren Kolben einer Hochdruckpumpe, der mit einem Kopfteil federnd an eine Taumelscheibe angedrückt wird und mit einem zylindrischen Arbeitsteil abgedichtet in eine Pumpkammer der Hochdruckpumpe eintaucht.
Bei derartigen Hochdruckreinigungsgeräten werden üblicherweise Kolben aus Stahl verwendet, beispielsweise aus hochlegierten Cr-Stählen. Diese Kolben haben ein relativ hohes Gewicht, und daher ergeben sich bei schnellaufenden Pumpen sehr hohe Beschleunigungskräfte.
Es ist bereits bekannt, Kolben dieser Art ganz oder teilweise aus Keramik herzustellen, um eine Gewichtsreduzierung zu erreichen. In gewissem Umfange können diese Kolben erfolgreich Stahlkolben ersetzen, jedoch ergeben sich zum Teil konstruktive Schwierigkeiten dadurch, daß Keramik wenig auf Zug beansprucht werden kann.
Bei Pumpen ist es bereits bekannt, Kolben aus Kunststoff herzustellen und mit einer Metallkappe zu überfangen (GB-A-1 366 988).
In der US-A-4 519 119 ist ein Kompressor beschrieben mit doppelt wirkenden Kolben, die mit einer Innenausnehmung über Kugellager zweiseitig an einer Taumelscheibe anliegen. Dieser Kolben weist einen Kern aus Aluminium auf, der mit einem Kunststoffilm beschichtet ist. Dieser Kolben ist jedoch nicht mit einem Kopfteil federnd gegen eine Taumelscheibe gedrückt, es fehlt also ein Kopfteil.
Es ist Aufgabe der Erfindung, speziell bei einem Hochdruckreinigungsgerät der gattungsgemäßen Art das Gewicht der Kolben in der Kolbenpumpe zu verringern, und dabei trotzdem die Festigkeitseigenschaften von Stahlkolben zu erhalten.
Diese Aufgabe wird bei einem Hochdruckreinigungsgerät der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben einen mit dem Kopfteil verbundenen Kern aus Metall aufweist und daß nur der Kern von einem Kunststoffmantel umgeben ist und mit diesem zusammen das Arbeitsteil des Kolbens bildet.
In diesem Falle wird also der Kolben teilweise weiterhin aus Metall gefertigt, allerdings nur noch im Kernbereich, die außenliegenden Bereiche werden durch Kunststoff ersetzt, indem der metallische Kern des Kolbens mit Kunststoff ummantelt wird. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß ein in dieser Weise zweiteilig aufgebauter Kolben bei verringertem Gewicht trotzdem mechanische Eigenschaften aufweist, die mit denen eines Stahlkolbens in vollem Umfange vergleichbar sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Kern kreiszylindrisch ausgebildet ist und sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Arbeitsteils erstreckt. Es wird also ein herkömmlicher Stahlkolben im Bereich seines Arbeitsteils mit einem wesentlich geringeren Umfang versehen, und der reduzierte Bereich wird durch eine Kunststoffummantelung ersetzt. Dabei ist es günstig, wenn die Dicke des Kunststoffmantels zwischen 0,5 und 10 mm liegt, bevorzugt zwischen 1 und 5 mm.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß der Kunststoffmantel zusätzlich die Stirnseite des Kerns abdeckt. Damit taucht der Kern sozusagen in einen Kunststofftopf oder eine Kunststoffbüchse ein und wird im Arbeitsteil allseitig von dem Kunststoffmantel umgeben.
Günstig ist es, wenn in der Stirnseite des Kerns eine Aufnahmeöffnung für ein Halteelement angeordnet ist, beispielsweise eine Sacklochbohrung. In diese kann ein Halteelement eintauchen, beispielsweise ein Haltestift, der den Metallkern des Kolbens hält, wenn der Kunststoffmantel auf diesem angebracht wird. Die verbleibende Öffnung im Kunststoffmantel kann nach der Ummantelung des Kerns und der Abnahme des Kolbens von dem Halteelement mit Kunststoff einstückig verschlossen werden, so daß eine vollständige Abdeckung auch im Bereich der Stirnseite des Kerns erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Kopfteil des Kolbens aus Metall besteht und mit dem Kern durch Kaltanformung verbunden ist. Das Kopfteil dient dabei als Anlageteil an der Taumelscheibe.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des Kopfteils dem Außendurchmesser der Kunststoffummantelung gleich ist, so daß sich insgesamt ein Kolben mit durchgehend gleichem Außendurchmesser ergibt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß an die Kunststoffummantelung ein Stützkragen für eine das Arbeitsteil umgebende Andruckfeder angeformt ist. Vorteilhafterweise ist dieser Stützkragen an dem am Kopfteil anliegenden Rand der Kunststoffummantelung angeformt.
Es ist dabei günstig, wenn der Stützkragen eine radial nach außen abnehmende Materialstärke aufweist, insbesondere kann der Stützkragen im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet sein.
Eine ganz besonders gute Haftung des Kunststoffmantels auf dem Kern erhält man, wenn der Kunststoffmantel auf den Kern aufgespritzt ist.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
Figur 1 :
eine schematische Längsschnittansicht eines Hochdruckreinigungsgerätes mit einer Taumelscheiben-Kolbenpumpe und
Figur 2 :
eine Längsschnittansicht eines kunststoffummantelten Kolbens der Taumelscheibenpumpe der Figur 1.
In einem Gehäuse 1 ist ein Elektromotor 2 angeordnet, auf dessen Motorwelle 3 eine Taumelscheibe 4 gehalten ist. Diese taucht in das Gehäuse 5 einer Hochdruckpumpe 6 ein, die sich unmittelbar an den Elektromotor 2 anschließt. In dieser Hochdruckpumpe 6 sind mehrere Pumpkammern 7 angeordnet, von denen in Figur 1 nur eine dargestellt ist. Jede Pumpkammer 7 steht über ein Einlaßventil 8 mit einer Einlaßleitung 9 und über ein Auslaßventil 10 mit einer Auslaßleitung 11 in Verbindung, in jede Pumpkammer 7 taucht abgedichtet ein zylindrischer Kolben 12 ein, der in einer Führung 13 längsverschieblich gelagert ist. Dieser Kolben 12 liegt mit einem Kopfteil 14 an der Taumelscheibe 4 an und wird durch eine Schraubenfeder 15 federnd gegen die Taumelscheibe gedrückt, die sich einerseits an der Hochdruckpumpe 6 und andererseits an einem Stützkragen 16 am Kolben 12 abstützt und die die den Kolben 12 aufnehmende Führung 13 umgibt. Durch diese Anordnung wird der Kolben 12 bei der Drehung der Motorwelle 3 und der darauf gehaltenen Taumelscheibe 4 periodisch in die Pumpkammer 7 eingeschoben und aus dieser durch die Schraubenfeder 15 wieder herausgeschoben, dies führt zu einem Ansaugen von Flüssigkeit über die Einlaßleitung 9 und zu einer Abgabe dieser Flüssigkeit unter hohem Druck über die Auslaßleitung 11.
In Figur 2 ist ein Kolben 12 im Längsschnitt dargestellt. Dieser Kolben 12 ist zweiteilig aufgebaut, er umfaßt nämlich einen Kern 17 mit einem zylindrischen Arbeitsteil 18 und dem Kopfteil 14 sowie einen das zylindrische Arbeitsteil 18 allseits abdeckenden Kunststoffmantel 19, der sich bis an das erweiterte Kopfteil 14 erstreckt. Der Außendurchmesser des Kopfteils 14 entspricht dem Außendurchmesser des Kunststoffmantels 19, die Schichtdicke des Kunststoffmantels 19 beträgt etwa 0,5 bis 10 mm, bevorzugt 1 bis 5 mm. Dabei liegt das Verhältnis des Durchmessers des Kerns und der Durchmesser des gesamten Kolbens in der Größenordnung von 8:15 bis 13:15, insbesondere in der Größenordnung 10:15 bis 11:15.
In dem an das Kopfteil 14 anschließenden Randbereich des Kunststoffmantels 19 ist der Stützkragen 16 einstückig an den Kunststoffmantel 19 angeformt, er besteht wie der Kunststoffmantel 19 aus Kunststoff und weist den Querschnitt eines rechtwinkligen Dreieckes auf, das heißt die Materialstärke nimmt radial nach außen hin ab.
Der Kunststoffmantel 19 wird vorzugsweise durch Umspritzen des Arbeitsteils 18 auf dieses aufgetragen, und dazu weist das Arbeitsteil 18 an seiner Stirnseite 20 eine Sacklochbohrung 21 auf, in die ein stiftförmiges Halteelement 22 eintauchen kann. Zur Ummantelung des Kerns 17 wird dieser auf das Halteelement 22 aufgesteckt und anschließend mit Kunststoff umspritzt, nach der Abnahme vom Halteelement 22 kann die verbleibende Öffnung im Bereich der Sacklochbohrung 21 ebenfalls mit Kunststoff ausgefüllt werden, so daß der Kunststoffmantel 19 auch im Bereich der Stirnseite 20 diese durchgehend abdeckt.
Das Umspritzen des Kerns wird dabei üblicherweise durch einen Anguß mit Ein- oder Mehrfachanschnitt, Ringanschnitt oder Schirmanschnitt vorgenommen.
Als Kunststoffmaterial zur Herstellung des Kunststoffmantels können thermoplastische Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise höhere Polyester- oder Benzolabkömmlinge, zum Beispiel Polyphtalamid (PPA), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK) oder Polyimid (PI).
Auch die Verwendung duroplastischer Kunststoffe ist möglich, beispielsweise können verwendet werden Phenol formaldehydharze, Melaminformaldehydharze, ungesättigte Polyesterharze oder Epoxidharze. In allen Fällen ist es günstig, wenn mineralische Füllstoffe zugeschlagen sind, beispielsweise in einer Menge von 50 Gew.%.

Claims (11)

  1. Hochdruckreinigungsgerät mit einem Taumelscheibenantrieb für mindestens einen oszillierend verschiebbaren Kolben einer Hochdruckpumpe, der mit einem Kopfteil federnd an eine Taumelscheibe angedrückt wird und mit einem zylindrischen Arbeitsteil abgedichtet in eine Pumpkammer der Hochdruckpumpe eintaucht,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) einen mit dem Kopfteil (14) verbundenen Kern (17) aus Metall aufweist und daß nur der Kern (17) von einem Kunststoffmantel (19) umgeben ist und mit diesem zusammen das Arbeitsteil (18) des Kolbens (12) bildet.
  2. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (17) kreiszylindrisch ausgebildet ist und sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Arbeitsteils (18) erstreckt.
  3. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Kunststoffmantels (19) zwischen 0,5 bis 10 mm liegt, insbesondere 1 bis 5 mm.
  4. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (19) zusätzlich die Stirnseite (20) des Kerns (17) abdeckt.
  5. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnseite (20) des Kerns (17) eine Aufnahmeöffnung (21) für ein Halteelement (22) angeordnet ist.
  6. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (14) des Kolbens (12) aus Metall besteht und mit dem Kern (17) durch Kaltanformung verbunden ist.
  7. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Kopfteils (14) dem Außendurchmesser des Kunststoffmantels (19) gleich ist.
  8. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kunststoffmantel (19) ein Stützkragen (16) für eine das Arbeitsteil (18) umgebende Andruckfeder (15) angeformt ist.
  9. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkragen (16) an dem am Kopfteil (14) anliegenden Rand des Kunststoffmantels (19) angeformt ist.
  10. Hochdruckreinigungsgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkragen (16) eine radial nach außen abnehmende Materialstärke aufweist.
  11. Hochdruckreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel (19) auf den Kern (17) aufgespritzt ist.
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