DE2939284C2 - Verfahren zum Herstellen von Kolben aus gesinterter Oxidkeramik - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Kolben aus gesinterter OxidkeramikInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kolben aus gesinterter Oxidkeramik mit darin
eingebrachten metallischen Anschlußelementen, durch Fertigen eines ein Sackloch mit Grobgewinde aufweisenden
Grünlings, Sintern des Grünlings, Bearbeiten des fertig gesinterten Kolbens an den Außenflächen auf
Fertigmaß, Einbringen von Kleber in das Gewindesackloch und Einschrauben eines ebenfalls mit Grobgewinde
versehenen metallischen Anschlußelementes.
Pumpenkolben aus Keramik werden seit langer Zeit gefertigt. Sie sind in unterschiedlicher Konstruktion am
Markt und haben sich dort aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit und ihrer hohen Beständigkeit
gegen Chemikalien gut eingeführt. Als Keramik hat sich insbesondere Oxidkeramik bewährt, d. h. ein relativ
hochfestes Material großer Reinheit.
Zu den vielen guten Eigenschaften, die gesinterte Oxidkeramik aufweist, kommt jedoch auch eine
Eigenschaft, die sich sehr störend auswirkt. Es handelt sich dabei um den unterschiedlichen Wärmeausdeh-
• nungskoeffizienten zwischen den üblicherweise einge-
• setzten Metallen und dem der Sinterkeramik, wodurch
eine paßgenaue Schraub- oder Klemmverbindung zwischen Keramik und Metall im allgemeinen nicht
möglich ist Üblicherweise hat man daher die Pumpenkolben entweder aus Vollkeramik hergestellt und sie
dann von außen durch Metallhalter umfaßt und so mit dem Pumpengestänge verbunden oder man hat einen
Dorn in den als Hohlzylinder ausgeführten Pumpenkolben
eingekittet
Die erste Möglichkeit setzt infolge der erforderlichen
.Paßgenauigkeit ein aufwendiges Schleifen der Keramik
auch im Bereich der Befestigungsstellen voraus. Da die Keramik nur mit Diamantscheiben bearbeitet werden
kann, ist dies ein besonders aufwendiges Unterfangen. Die zweite Möglichkeit des Einkittens von Dornen in
die Keramik berücksichtigt zwar die unterschiedlichsten Wärmeausdehnungskoeffizienten, wenn man einen
dauerplastischen Kitt verwendet, genügt aber insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, d. h. also bei
schnellaufenden Pumpen mit mehreren 100 Hüben/Min,
nicht den Festigkeitsanforderungen, d. h. der Keramikkolben wird aufgrund der Fliehkräfte gelockert und löst
sich mit der Zeit vom Dorn.
Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, den Dorn mit einem groben Gewinde zu versehen und ihn in
den mit einem groben Innengewinde versehenen Pumpenkolben einzudrehen. Auch hierbei treten jedoch
erhebliche Schwierigkeiten auf, die im wesentlichen darin begründet sind, daß die Keramik beim Sintern
stark schwindet Diese Schwindung ist auch nicht gleichmäßig, sondern abhängig von den Wandstärken.
Das in den Grünling des Keramikkolbens eingepreßte oaer eingedrehte Grobgewinde behält zwischen Pressen
und Sintern nicht die ursprüngliche Form, so daß der ebenfalls mit Grobgewinde versehene Schaft nicht ohne
weiteres in das'Gewindesackloch eingedreht werden kann. Es muß also entweder der Schaft oder der
Keramikkolben im Gewindebereich nachgearbeitet werden, um ein Fluchten zwischen Schaft und
Keramikkolben zu erreichen. Dieses Nacharbeiten ist sehr zeitaufwendig und erfordert im Falle der
Nachbearbeitung des Innengewindes im Keramikkolben ebenfalls den Einsatz von diamantbestückten
Schleifwerkzeugen, so daß eine wirtschaftliche Fertigung von Keramikkolben mit metallischen Anschlußelementen
nicht möglich ist.
Ein Ausgleich und ein Ausrichten dos Schaftes im Keramikkolben durch Einbringen eines Gewindesackloches
mit größerem Durchmesser führt dazu, daß zwischen Schaft und Keramikzylinder keine kraftschlüssige
Verbindung mehr besteht und diese Verbindung nur noch über den mehr oder weniger elastischen Kitt
gegeben ist, wodurch die Kräfte nicht mit einer vollen Ringfläche übertragen werden, sondern im Extremfall
nur eine Punktauflage haben. Die Folge ist, daß der Kolben auf Biegung beansprucht wird und zu Bruch
geht
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine sichere kraftschlüssige Verbindung
zwischen Schaft und Keramikkolben zu schaffen, die wirtschaftlich herstellbar ist und die Nachteile einer
möglichen Lockerung im Gebrauch vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Hersteilen von Kolben aus gesinterter Oxidkeramik mit
darin eingebrachten metallischen Anschlußelementen durch Fertigen eines ein Sackloch mit Grobgewinde
aufweisenden Grünlings, Sintern des Grünlings, Bear-
beiten des fertig gesinterten Keramikkolbens an den Außenflächen auf Fertigmaß, Einbringen von Kleber in
das Gewindesackloch und Einschrauben eines ebenfalls mit Grobgewinde versehenen metallischen Anschlußelenientes,
mit den kennzeichnenden Merkmalen, das als metallisches Anschlußelement ein mit Grobgewinde
versehener Rohling in das Gewind.-iackloch eingeschraubt
und nach Abbinden des Klebers, zentriert durch den Keramikkolben, fertig bearbeitet wird.
Da der Keramikkolben dann bereits vollständig bearbeitet ist, kann die Bearbeitung des Metallschaftes
ohne Schwierigkeiten erfolgen und wird immer zu einem fluchtenden Anschluß führen. Die Kraftübertragung
ist ebenfalls gesichert, da der eingebrachte Rohling an der Wandung des Sackloches im Keramikkolben
anliegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der unbearbeitete Rohling einen Ansatz auf,
der nach dem Einkitten zu einem Gewindeansatz umgearbeitet wird. Eine andere Ausgestaltung der
Erfindung sieht vor, daß in den Rohling eine Gewindebohrung eingebracht wird, in beiden Fällen
ergibt sich die Möglichkeit, beliebige Kupplungsstücke an den Keramikkolben anzubauen, wo stets ein
einwandfreier Paßsitz am Bund des Keramikkolbens erreicht wird.
Das Grobgewinde des Keramikkolbens und damit auch das Grobgewinde des Schaftes wird gemäß
bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung zweckmäßig als Rundgewinde aufgebracht. Da die Keramik leicht
bruchanfällig ist, wenn sie auf Zug beansprucht wird, und diese Bruchanfälligkeit durch Kerbwirkung arch
erhöht wird, ist die zweckmäßigste Ausführungsform des Innengewindes ein Rundgewinde, weil durch die
Rundungen nur geringe Kerbwirkungen ausgeübt werden, wohingegen trotzdem eine kraftschlüssige
Übertragung der auftretenden Kräfte auf den Schaft gewährleistet ist
Als Kleber wird vorzugsweise ein lösungsmittelfreier Einkomponentenkleber auf Epoxidharzbasis eingesetzt,
dessen Ausdehnungskoeffizient nahe dem der Keramik liegt Kleber dieser Art weisen eine gute Dauertemperaturfestigkeit
auf, die im Bereich von ca. 150 bis 170° C
liegt und einen kurzfristigen Einsatz von 200° C gestatten. Desweiteren ist wesentlich, daß die Klebefugen
nur eine geringe Elastizität aufweisen, d. h. daß keine Bewegung zwischen Keramikkolben und metallischem
Anschlußstück erfolgt, wodurch eine Lockerung des Keramikkolbens vermieden wird.
Als Oxidkeramik im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind Keramiken zu verstehen, die sowohl aus
einem als auch aus mehreren Stoffen zusammengesetzt sein können. Bevorzugt werden jedoch die sogenannten
Einstoffoxidkeramiken mit geringem Gehalt an Flußmittel, Stabilisatoren und Korngrößenregulatoren. Im
einzelnen kann es sich dabei um Oxidkeramiken aus Siliziumoxid, Magnesiumoxid, Berylliumoxid, Titanoxid,
Zirkonoxid und Aluminiumoxid, sowie deren Mischungen handeln, wobei insbesondere Zirkonoxid und
Aluminiumoxid-Sinterkeramiken bevorzugt werden. Besonders bewährt hat sich eine Oxidkeramik aus
Aluminiumoxid, die einen Aluminiumoxidgehalt von = oder größer 85% aufweist. Die restlichen Bestandteile
dieser Keramik sind im wesentlichen Magnesiumoxid, Siliziumoxid, ggf. Kalziumoxid und Zirkonoxid, sowie
Verunreinigungen. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und der chemischen Beständigkeit kann der
Al2O3-gehalt auf über 99% gesteigert werden. In diesen
Fällen besteht die restliche Komponente fast ausschließlich aus Magnesiumoxid, das als Kornwachstumshemmer
eingesetzt wird, sowie aus Verunreinigungsspuren.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.
F i g. 1 zeigt den Schnitt durch einen Keramikkolben, F i g. 2 einen Rohling des Schaftes,
Fig.3 den Keramikkolben mit eingekittetem Schaft
und Gewindeansatz.
F i g. 4 den Keramikkolben mit eingekittetem Schaft und Gewindebohrung,
wobei die ,
wobei die ,
F i g. 1,3 und 4 im Schnitt dargestellt sind.
Der Kolben 1 weist das Sackloch 2 auf, in dem sich das Innenrundgewinde 3 befindet. In das Sackloch 2 ist ein
Kitt 9 eingebracht, der durch den Rohling 5 mit dem Außenrundgewinde 4 mehr oder weniger gleichmäßig
im Sackloch 2 verteilt wird. Der Ansatz 6 des Rohlings 5 wird nach Abdrehen und Gewindeschneiden zum
Gewindeansatz 7. wobei es wesentlich ist, daß der Bund 10 des Kolbens 1 mit dem Bund 10' des Domes 11
fluchtet, d.h. daß das Gewinde 7, 8 rechtwinklig zur Stirnfläche verläuft.
Auch bei der F i g. 4 fluchtet der Bund 10' mit dem Bund 10 des Kolbens 1. Der Dorn ti weist hierbei
jedoch die Gewindebohrung 8 auf. Die Gewindebohrung 8 trägt dabei ebenso wie der Gewindeansatz 7
metrisches Gewinde und ermöglicht dadurch den einfachen Anschluß beliebiger Anschlußstücke, die mit
dem Kolbengestänge verbunden werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen von Kolben aus
gesinterter Oxidkeramik mit darin eingebrachten metallischen Anschlußelementen durch Fertigen
eines ein Sackloch mit Grobgewinde aufweisenden Grünlings, Sintern des Grünlings, Bearbeiten des
fertig gesinterten Kolbens an den Außenflächen auf Fertigmaß, Einbringen von Kleber in das Gewindesackloch
und Einschrauben eines ebenfalls mit Grobgewinde versehenen metallischen Anschlußelementes,
dadurch gekennzeichnet, daß als metallisches Anschlußelement ein mit Grobgewinde
versehener Rohling (5) in das Gewindesackloch (2) eingeschraubt und nach Abbinden des
Klebers, zentriert durch den Keramikkolben, fertig bearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (5) mit einem Gewindeansatz
(7) versehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohling (5) mit einer Gewindebohrung (8) versehen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Gewindeansatz
(7) bzw. in die Gewindebohrung (8) ein Verbindungsstück geschraubt wird, das plan an der
Stirnfläche des Keramikkolbens anliegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Grobgewinde ein
Rundgewinde (3) in den Keramikkolben eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grobgewinde ein
Rundgewinde (4) auf den Rohling aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber ein
lösungsmittelfreier Einkomponentenkleber auf Epoxidharzbasis verwandt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidkeramik
Aluminiumoxid-Sinterkeramik mit einem Aluminiumoxidgehalt von gleich oder größer 85%
eingesetzt wird.
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Family Applications (1)
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