EP1430224B1 - Verbindungselement zur verbindung eines kolbens mit einem rückstellelement - Google Patents

Verbindungselement zur verbindung eines kolbens mit einem rückstellelement Download PDF

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EP1430224B1 EP02774375A EP02774375A EP1430224B1 EP 1430224 B1 EP1430224 B1 EP 1430224B1 EP 02774375 A EP02774375 A EP 02774375A EP 02774375 A EP02774375 A EP 02774375A EP 1430224 B1 EP1430224 B1 EP 1430224B1
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inner region
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Thomas Grossner
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Siemens AG
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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
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam

Definitions

  • the present invention relates to a connecting element for Connection of a piston with a return element of a radial piston pump, the piston being movable in a cylinder is stored, on the return element is reset and with a piston shoe in contact.
  • FIG. 4 is a simplified sectional view of FIG essential components of a radial piston pump shown.
  • the radial piston pump shown in Figure 4 is It is a pump with internal support, in which a lifting movement an eccentric 17 by means of an eccentric ring thirteenth via a piston shoe 3 on the oscillating in the radial direction Piston 2 is transmitted.
  • a simplified Representation only one piston 2 is shown in Figure 4.
  • the piston 2 is mounted in a cylinder 4 and a Return of the piston 2 from its top dead center position takes place by means of a return spring 6, a support piston 5 and a ring member 14.
  • the ring member 14 is fastened by means of shrinking or pressing on the piston 2. This results in a non-positive connection between the piston 2 and the ring element 14.
  • the spring force of the spring 6 acts on the Support piston 5 directly on the ring member 14th
  • the must Material of the ring member 14 are selected such that the no cracks due to bending stresses by the spring force or as a result of the shrinking process and on the other must the press federation between the ring member 14 and the piston 2 sufficient to be firm.
  • FIG. 1 Such a thing Ring element is shown in FIG.
  • a ring base 14 is provided, which shrunk in a known manner on the piston 2 is.
  • a perforated disc 15 is the second component provided, which on a small heel of the ring foot 14th attacks and thus a provision of the piston 2 from his allows top dead center by the return spring 6.
  • the materials for the two components 14 and 15 each be optimally selected.
  • the ring foot 14 are made of a relatively tough material to to allow easy shrinking and the perforated disc 15 can be made of a very hard material, to absorb the occurring bending stresses.
  • a connecting element for connecting a piston with a return element to provide, which is simple and inexpensive is manufacturable and a secure connection of the two Allows components.
  • connection When connecting element according to the invention for connecting a Piston with a return element of a radial piston pump the connection is no longer force-locking, but positively designed. This can on the in the state of Technique used elaborate shrinking or pressing on of the ring member are dispensed with the piston.
  • Simplification of the assembly process increases on the one hand the Process reliability and on the other hand, there are significant cost advantages.
  • the geometry of the invention Connecting element can be easily formed. By an easy-to-carry Abzieh phenomenon example a faulty mounting in the invention Connecting element to be recognized immediately. If necessary, locks the connecting element according to the invention and a right thus provides the form-fitting or it is at the Abzieh phenomenon deducted from the piston. This can cause a faulty Assembly always be detected absolutely safe.
  • the connecting element as a one-piece, formed substantially annular component.
  • there an inner region of the connecting element forms a positive fit Connection with the piston ready.
  • An outdoor area of the connecting element makes a connection with the return element or the piston shoe ready.
  • the inner region of the connecting element by at least one, from a main plane of the integral connecting element formed bent out surface.
  • Particularly preferred is the interior, which the positive connection provides, by four symmetrically arranged, provided equal areas. Thereby results in a very good power distribution. Because the surfaces for the positive connection simply from the body of the connecting element can be bent downwards, This results in a particularly simple and inexpensive Manufacturability.
  • the recess in the piston for the positive Compound formed as an annular groove. This allows the Recess also provided simply and inexpensively in the piston become. It should be noted that it is also possible is that in the piston recesses according to the respective Engagement portions of the connecting element for the production the positive connection can be formed.
  • FIG. 1 a two-part connecting element is shown 1 but not part of it of the invention.
  • the connecting element 1 is in two parts formed and includes a first part and a second Part.
  • the first part is a locking ring 7 and is form-fitting arranged in a groove 9 formed in a piston 2.
  • the second part is designed as a perforated disc 8, the inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the piston 2 is.
  • the interior of the perforated disc 8 so in contact with the retaining ring 7 that he rests on the retaining ring 7.
  • the perforated disc 8 is located at a Paragraph of a support piston 5 on.
  • the perforated disc is here on the side facing away from the piston shoe 3 side the locking ring on.
  • the perforated disc 8 comprises a first outer Level in which they on the one hand with the piston shoe 3 and on the other hand is in contact with the support piston 5, a second inner plane, with which they with the locking ring. 7 is in contact and a tapered area, which the outer and the inner plane connects with each other.
  • the support piston 5 is moved by means of a return spring 6, to a provision of the piston 2 from its top dead center to enable.
  • the piston 2 is in a cylinder 4 stored back and forth.
  • the return of the piston 2 takes place from the upper shown in Figure 1 Dead center on the support piston 5 and the outside of the Perforated disk 8, whereby the piston 2 on the inside of the Perforated disk 8 and the retaining ring 7 pressed down becomes.
  • the piston shoe 3 on the Support piston 5 and the perforated disc 8 is reset.
  • the groove 9 in the piston 2 is formed as an annular groove, so that as first part 7 a cost-effective standard safety ring or a snap ring can be used.
  • the connecting element 1 integrally formed. Thereby The number of parts can be reduced and in particular the manufacturing costs and installation costs for the connecting element 1 significantly lowered.
  • this includes Connecting element 1 an indoor area 11 and an outdoor area 12.
  • the inner region 11 allows the positive Connection between the connecting element 1 and the piston 2.
  • the outer area 12 serves to accommodate and transfer the Spring force of the return spring 6 to the piston 2 from his reset upper dead center position again.
  • FIG 3 are on the inner region 11 of the connecting element 1 four engagement surfaces 10 formed, which in a groove 9 formed in the piston 2 engage to form a positive Connection between the connecting element 1 and to produce the piston 2.
  • the engagement surfaces 10 are doing by punching and bending out of a ground plane E of the substantially disk-shaped connecting element 1 produced.
  • the outer areas 12 are bent over the outer edge of the connecting element 1 from the Ground level E produced.
  • the outer areas 12 are in a different plane than the inner regions 11 arranged (see. Figure 2).
  • the connecting element 1 can, for example, by punching from a sheet-like material and subsequent bending the inner areas to the engagement surfaces 10 and the outer Edge to the outside area 12 are produced.
  • both the geometry of the groove 9 as also the geometry of the engagement surfaces 10 of the connecting element 1 are arbitrary. For easy production However, it is preferred that simple geometric shapes be used. For example, the groove 9 as Ring groove formed.
  • the present invention relates to a one-piece connector 1 for connecting a piston 2 with a piston shoe. 3 a radial piston pump with the features of claim 1.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur Verbindung eines Kolbens mit einem Rückstellelement einer Radialkolbenpumpe, wobei der Kolben in einem Zylinder beweglich gelagert ist, über das Rückstellelement rückstellbar ist und mit einem Kolbenschuh in Kontakt steht.
Solche Verbindungselemente in Radialkolbenpumpen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen, beispielsweise aus der EP-A-0 851 120 bekannt. In Figur 4 ist eine vereinfachte Schnittansicht von wesentlichen Bauteilen einer Radialkolbenpumpe gezeigt. Bei der in Figur 4 dargestellten Radialkolbenpumpe handelt es sich um eine Pumpe mit innerer Abstützung, bei der eine Hubbewegung eines Exzenters 17 mit Hilfe eine Exzenterringes 13 über einen Kolbenschuh 3 auf die in Radialrichtung oszillierenden Kolben 2 übertragen wird. Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung ist in Figur 4 nur ein Kolben 2 dargestellt. Der Kolben 2 ist in einem Zylinder 4 gelagert und eine Rückstellung des Kolbens 2 aus seiner oberen Totpunktposition erfolgt mittels einer Rückstellfeder 6, eines Stützkolbens 5 und eines Ringelements 14. Das Ringelement 14 wird mittels Aufschrumpfen oder Aufpressen an dem Kolben 2 befestigt. Dadurch ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kolben 2 und dem Ringelement 14. Beim Rückstellen des Kolbens 2 wirkt die Federkraft der Feder 6 über den Stützkolben 5 direkt auf das Ringelement 14.
Im Betrieb treten nun häufig Beschädigungen des Ringelements 14 auf, da zum einen die Rückstellkraft der Feder 6 über das Ringelement 14 übertragen wird und zum anderen das Ringelement 14 fest am Kolben 2 befestigt sein muss. Daher muss der Werkstoff des Ringelements 14 derart gewählt werden, dass zum einen keine Risse aufgrund von auftretenden Biegebeanspruchungen durch die Federkraft oder in Folge des Aufschrumpfungsprozesses auftreten und zum anderen muss der Pressverband zwischen dem Ringelement 14 und dem Kolben 2 ausreichend fest sein.
Daher wurde im Stand der Technik ein Ringelement vorgeschlagen, welches den Gegensatz von unterschiedlichen Materialanforderungen an das Ringelement eliminiert. Ein derartiges Ringelement ist in Figur 5 dargestellt. Hierbei wurden die Funktionen, die das Ringelement ausführt, auf zwei Bauteile übertragen. Hierbei ist einerseits ein Ringfuß 14 vorgesehen, welcher in bekannter Weise auf den Kolben 2 aufgeschrumpft ist. Weiterhin ist als zweites Bauteil eine Lochscheibe 15 vorgesehen, welche an einem kleinen Absatz des Ringfußes 14 angreift und somit eine Rückstellung des Kolbens 2 aus seiner oberen Totpunktlage durch die Rückstellfeder 6 ermöglicht. Somit können die Werkstoffe für die beiden Bauteile 14 und 15 jeweils optimal ausgewählt werden. Dadurch kann der Ringfuß 14 aus einem relativ zähen Material hergestellt werden, um ein einfaches Aufschrumpfen zu ermöglichen und die Lochscheibe 15 kann aus einem sehr harten Material hergestellt werden, um die auftretenden Biegebeanspruchungen aufzunehmen.
Die bekannten Verbindungselemente zur Verbindung des Kolbens 2 mit dem Kolbenschuh 3 haben jedoch den Nachteil, dass sie relativ aufwendig in der Herstellung und der Montage sind und damit sehr teuer. Weiterhin sind geeignete Werkstoffe für gute Pressverbände fertigungstechnisch nur schlecht bearbeitbar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindungselement zur Verbindung eines Kolbens mit einem Rückstellelement bereitzustellen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine sichere Verbindung der beiden Bauteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verbindungselement zur Verbindung eines Kolbens mit einem Rückstellelement einer Radialkolbenpumpe wird die Verbindung nicht mehr kraftschlüssig, sondern formschlüssig ausgeführt. Dadurch kann auf das im Stand der Technik verwendete aufwendige Aufschrumpfen bzw. Aufpressen des Ringelements auf den Kolben verzichtet werden. Durch die Vereinfachung des Montageprozesses erhöht sich zum einen die Prozesssicherheit und zum anderen ergeben sich deutliche Kostenvorteile. Weiterhin kann die Geometrie des erfindungsgemäßen Verbindungselements sehr einfach ausgebildet werden. Durch eine einfach durchführbare Abziehprüfung kann beispielsweise eine fehlerhafte Montage beim erfindungsgemäßen Verbindungselement sofort erkannt werden. Gegebenenfalls rastet das erfindungsgemäße Verbindungselement richtig ein und stellt somit den Formschluss bereit oder es wird bei der Abziehprüfung vom Kolben abgezogen. Dadurch kann eine fehlerhafte Montage immer absolut sicher erkannt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement als ein einteiliges, im Wesentlichen ringförmiges Bauteil ausgebildet. Dabei stellt ein Innenbereich des Verbindungselements eine formschlüssige Verbindung mit dem Kolben bereit. Ein Außenbereich des Verbindungselements stellt eine Verbindung mit dem Rückstellelement bzw. dem Kolbenschuh bereit. Somit kann gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung die Bauteileanzahl reduziert werden, so dass sich eine besonders schnelle und einfache Montage ergibt. Vorzugsweise ist der Innenbereich des Verbindungselements durch mindestens eine, aus einer Hauptebene des einstückigen Verbindungselements herausgebogenen Fläche gebildet. Besonders bevorzugt wird der Innenbereich, welcher die formschlüssige Verbindung bereitstellt, durch vier symmetrisch angeordnete, gleiche Flächen bereitgestellt. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Kraftverteilung. Da die Flächen für die formschlüssige Verbindung einfach aus dem Grundkörper des Verbindungselements nach unten herausgebogen werden können, ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit.
Vorzugsweise ist die Aussparung im Kolben für die formschlüssige Verbindung als Ringnut ausgebildet. Dadurch kann die Aussparung ebenfalls einfach und kostengünstig im Kolben vorgesehen werden. Es sei angemerkt, dass es jedoch auch möglich ist, dass im Kolben Aussparungen entsprechend den jeweiligen Eingriffsbereichen des Verbindungselements zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung ausgebildet sein können.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung die vorliegende Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1
eine schematische Schnittansicht eines zweiteilig ausgeführten Verbindungselements, das jedoch nicht Teil der Erfindung ist.
Figur 2
eine schematische Schnittansicht eines Verbindungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 3
eine schematische Draufsicht des in Figur 2 gezeigten Verbindungselements,
Figur 4
eine schematische Schnittansicht eines Verbindungselements gemäß dem Stand der Technik und
Figur 5
eine schematische Schnittansicht eines Verbindungselements gemäß einem weiteren Stand der Technik.
Nachfolgend wird zur Veranschaulichung unter Bezugnahme auf Figur 1 ein zweiteiliges Verbindungselement 1 beschrieben, das jedoch nicht Teil der Erfindung ist.
Wie in Figur 1 gezeigt, ist das Verbindungselement 1 zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Teil sowie ein zweites Teil. Das erste Teil ist ein Sicherungsring 7 und ist formschlüssig in einer in einem Kolben 2 gebildeten Nut 9 angeordnet. Das zweite Teil ist als Lochscheibe 8 ausgebildet, deren Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Kolbens 2 ist.
Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Innenbereich der Lochscheibe 8 derart mit dem Sicherungsring 7 in Kontakt, dass er auf dem Sicherungsring 7 aufliegt. Am Außenbereich befindet sich die Lochscheibe 8 einerseits mit einem Kolbenschuh 3 in Verbindung und andererseits liegt die Lochscheibe 8 an einem Absatz eines Stützkolbens 5 auf. Die Lochscheibe liegt dabei auf der vom Kolbenschuh 3 weg gerichteten Seite das Sicherungsrings auf. Die Lochscheibe 8 umfasst eine erste äußere Ebene, in welcher sie einerseits mit dem Kolbenschuh 3 und andererseits mit dem Stützkolben 5 in Kontakt steht, eine zweite innere Ebene, mit welcher sie mit dem Sicherungsring 7 in Kontakt steht und einen sich verjüngenden Bereich, welcher die äußere und die innere Ebene miteinander verbindet.
Der Stützkolben 5 wird mittels einer Rückstellfeder 6 bewegt, um eine Rückstellung des Kolbens 2 von seiner oberen Totpunktlage zu ermöglichen. Der Kolben 2 ist in einem Zylinder 4 hin- und herbeweglich gelagert. Die Rückstellung des Kolbens 2 erfolgt dabei aus der in Figur 1 dargestellten oberen Totpunktlage über den Stützkolben 5 und den Außenbereich der Lochscheibe 8, wodurch der Kolben 2 über den Innenbereich der Lochscheibe 8 und den Sicherungsring 7 nach unten gedrückt wird. Gleichzeitig wird auch der Kolbenschuh 3 über den Stützkolben 5 und die Lochscheibe 8 zurückgestellt.
Die Nut 9 im Kolben 2 ist als Ringnut ausgebildet, so dass als erstes Teil 7 ein kostengünstiger Standardsicherungsring oder ein Sprengring verwendet werden kann.
Da nun eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kolben 2 und der Rückstellfeder 6 ausgebildet ist, ergeben sich deutlich weniger Probleme durch Materialermüdungen am Verbindungselement 1 als bei den im Stand der Technik verwendeten kraftschlüssigen Verbindungen. Somit kann auf das nachteilige Aufschrumpfen bzw. Aufpressen des Verbindungselements auf den Kolben verzichtet werden.
In den Figuren 2 und 3 ist ein Verbindungselement 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist das Verbindungselement 1 erfindungsgemäß einstückig ausgebildet. Dadurch kann die Teileanzahl reduziert werden und insbesondere die Herstellkosten sowie die Montagekosten für das Verbindungselement 1 deutlich gesenkt werden.
Wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist, umfasst das Verbindungselement 1 einen Innenbereich 11 und einen Außenbereich 12. Der Innenbereich 11 ermöglicht die formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 1 und dem Kolben 2. Der Außenbereich 12 dient zur Aufnahme und Übertragung der Federkraft der Rückstellfeder 6, um den Kolben 2 aus seiner oberen Totpunktlage wieder zurückzustellen.
Wie in Figur 3 gezeigt, sind am Innenbereich 11 des Verbindungselements 1 vier Eingriffsflächen 10 gebildet, welche in eine im Kolben 2 gebildete Nut 9 eingreifen, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 1 und dem Kolben 2 herzustellen. Die Eingriffsflächen 10 werden dabei durch Ausstanzen und Herausbiegen aus einer Grundebene E des im Wesentlichen scheibenförmigen Verbindungselements 1 hergestellt. Ebenfalls werden die Außenbereiche 12 durch Umbiegen des äußeren Randes des Verbindungselements 1 aus der Grundebene E hergestellt. Dabei sind die Außenbereiche 12 in einer anderen Ebene als die Innenbereiche 11 angeordnet (vgl. Figur 2).
Das Verbindungselement 1 kann beispielsweise durch Ausstanzen aus einem blechartigen Material und anschließendem Umbiegen der Innenbereiche zu den Eingriffsflächen 10 bzw. des äußeren Randes zum Außenbereich 12 hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass sowohl die Geometrie der Nut 9 als auch die Geometrie der Eingriffsflächen 10 des Verbindungselements 1 beliebig wählbar sind. Für eine einfache Herstellung ist es jedoch bevorzugt, dass einfache geometrische Formen verwendet werden. Beispielsweise ist die Nut 9 als Ringnut ausgebildet.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein einteilig ausgebildetes Verbindungselement 1 zur Verbindung eines Kolbens 2 mit einem Kolbenschuh 3 einer Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Claims (7)

  1. Einteilig ausgebildetes Verbindungselement (1) für eine Radialkolbenpumpe zur Verbindung eines Kolbens (2) mit einem Rückstellelement (6), wobei der Kolben (2) in einem Zylinder (4) beweglich gelagert ist und über das Rückstellelement (6) aus seiner oberen Totpunktlage rückstellbar ist und das Verbindungselement (1) formschlüssig mit dem Kolben (2) verbunden ist, wobei der Formschluss durch eine Rastverbindung zwischen dem Verbindungselement (1) und mindestens einer im Kolben (2) gebildeten Aussparung erfolgt.
  2. Verbindungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (1) ein, im Wesentlichen ringförmiges Bauteil ist, wobei ein Innenbereich (11) des Verbindungselements eine formschlüssige Verbindung mit dem Kolben (2) bereitstellt und ein Außenbereich (12) des Verbindungselements eine Verbindung mit dem Rückstellelement (6) bereitstellt.
  3. Verbindungselement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (11) in Axialrichtung des Verbindungselements und der Außenbereich (12) auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
  4. Verbindungselement (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (11) durch mindestens eine aus einer Hauptebene (E) des einstückigen Verbindungselements (1) herausgebogene Eingriffsfläche (10) gebildet ist.
  5. Verbindungselement (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (11) durch vier Eingriffsflächen (10) ausgebildet ist, welche in die im Kolben (2) gebildete Aussparung (9) eingreifen.
  6. Verbindungselement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsflächen (10) symmetrisch am Innenumfang des Verbindungselements angeordnet sind.
  7. Verbindungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die am Kolben (2) gebildete Aussparung (9) eine Ringnut ist.
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