DE4327549A1 - Verfahren zur Herstellung eines Keramikplungers für Pumpen u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikplungers für Pumpen u. dgl., welcher im wesentlichen aus einem mit einem Plungerantrieb ver­ bindbaren Adapterteil aus Metall, einem am Adapterteil gleichachsig angeordneten Zuganker aus Metall sowie einem hülsenartigen Plungerteil aus Keramik besteht, welches axial zwischen dem Adapterteil und einem metallischen Kopfteil des Zugankers eingespannt ist.

Insbesondere bei Pumpen, die Medien mit abrasiven Bestandteilen fördern müssen, sind Keramikplunger vorteilhaft, weil sich das keramische Material durch hohe Verschleißfestigkeit auszeichnet.

Im übrigen ist bei keramischen Materialien vorteilhaft, daß sie auch chemisch beständig sind und Temperatur­ wechseln ohne weiteres standhalten können, wobei durch Temperaturänderungen nur verschwindend kleine Maßänderungen aufgrund thermischer Ausdehnung des Plungers verursacht werden können.

Allerdings sind keramische Materialien mechanisch nur begrenzt belastbar, insbesondere auf Zug. Deshalb ist es bislang notwendig, in der eingangs angegebenen Weise ein keramisches Plungerteil mit einem metallischen Adapterteil zu kombinieren, über das dann die Antriebs­ verbindung mit einem Plungerantrieb, beispielsweise einem Kreuzkopf eines Kurbeltriebwerkes, erfolgen kann.

Üblicherweise werden der Zuganker und das Adapterteil und/oder der Zuganker sowie dessen Kopfteil miteinander durch Verschraubung verbunden. Wenn dabei hohe axiale Spannkräfte auf den Plunger einwirken sollen, wird der Zuganker bei der Verschraubung merklich verdrillt. Dies führt dazu, daß es kaum möglich ist, reproduzierbare Werte der axialen Spannkräfte zu erreichen, und beein­ trächtigt die Standfestigkeit der Verbindung zwischen Adapterteil und keramischem Plungerteil.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein gut reproduzier­ bares Verfahren zur Herstellung eines Plungers der eingangs angegebenen Art aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mit dem Zuganker durch Verschraubung verbindbare Kopfteil mittels der Verschraubung mit begrenzter bzw. geringer Kraft gegen das zugewandte Stirnende des Plunger­ teiles geschoben wird, während der Zuganker mittels eines am kopfteilseitigen Ende des Zugankers auf Zug ankuppel­ baren und auf dem kopfteilseitigen Ende des Plungerteiles aufsetzbaren Spannwerkzeuges elastisch gedehnt wird.

Wenn danach das Spannwerkzeug entlastet und abgenommen wird, bewirkt der Zuganker eine entsprechend axiale Ver­ spannung des Plungerteiles.

Durch Verwendung eines Spannwerkzeuges zur axialen Dehnung des Zugankers kann jegliche Beanspruchung des Zugankers auf Torsion vermieden werden. Alle bei der Verschraubung notwendigen Drehungen erfolgen mit sehr geringen Momenten.

Vorteilhaft ist, daß bei der erfindungsgemäßen Montage zwangsläufig auch die Qualität des Plungerteiles geprüft wird, welches den vom Spannwerkzeug ausgeübten Belastungen standhalten muß. Diese Belastungen durch das Spannwerkzeug übersteigen die Beanspruchungen, die im montierten Zustand durch den gespannten Zuganker bewirkt werden.

Das Spannwerkzeug arbeitet vorzugsweise hydraulisch, so daß die gewünschte Verspannung des Zugankers durch entsprechende Vorgabe des Hydraulikdruckes in gut reproduzierbarer Weise erreichbar ist.

In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung besitzt der Zug­ anker des Plungers am kopfteilseitigen Ende ein Außenge­ winde, auf das sich axial hintereinander das Kopfteil sowie das Spannwerkzeug aufdrehen lassen. Der bei der Montage für das Spannwerkzeug benötigte Außengewindeabschnitt kann dann nach Entfernung des Spannwerkzeuges zur Anordnung eines stopfenartigen Verschlußteiles dienen, mit dem sich die ineinandergreifenden Gewinde von Kopfteil und Zuganker abdichten lassen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung vorteilhafter Ausführungsformen anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines fertig montierten Plungers und

Fig. 2 ein entsprechendes Schnittbild des Plungers sowie des Spannwerkzeuges bei der Montage.

Der in Fig. 1 dargestellte Plunger 1 besitzt zur antriebs­ mäßigen Verbindung mit einem nicht dargestellten Kreuzkopf eines Kurbeltriebwerkes ein Adapterteil 2 mit einer in der Zeichnung unteren ebenen Stirnseite, in der eine Radial­ nut 3 sowie eine zentrische Gewindesackbohrung 4 angeordnet sind. In die Gewindesackbohrung 4 ist ein Zuganker 5 mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt eingedreht. Dieser ebenfalls aus Metall bestehende Zuganker 5 durchsetzt eine zentrische, sich in der Zeichnung nach unten leicht konisch erweiternde Axialbohrung 6 eines keramischen Plungerteiles 7 mit im Querschnitt kreisförmiger Außen­ umfangsfläche und planen Stirnseiten.

Das Plungerteil 7 ist axial zwischen der zugewandten Stirnseite des Adapterteiles 2 und einem im Axialschnitt hutförmigen metallischen Kopfteil 8 eingespannt, welches sich mittels einer in seinem Boden angeordneten Gewinde­ bohrung auf einen Außengewindeabschnitt am vom Adapter­ teil 2 entfernten Ende des Zugankers 5 aufdrehen läßt. Dabei liegt ein die "Hutkrempe" bildender Flansch des Kopfteiles 8 mit zwischengeschaltetem Dichtring 9 auf der zugewandten Stirnseite des Plungerteiles 7 auf.

Im montierten Zustand ragt das Kopfteil 8 relativ weit in die Axialbohrung 6 des Plungerteiles 7 hinein, derart, daß ein Teil des vom Adapterteil 2 entfernten Außenge­ windeabschnittes des Zugankers 5 von außen zugänglich bleibt und zum Aufdrehen eines Stopfens 10′ bzw. 10′′ dienen kann, durch den die miteinander zusammenwirkenden Gewinde von Kopfteil 8 und Zuganker 5 abgedichtet werden. Dazu besitzt der Stopfen 10′ eine Umfangsnut mit darin angeordnetem Dichtring 11′. Im Falle des Stopfens 10′′ ist zwischen dem Boden des Kopfteiles 8 und dem zugewandten Stirnrand des Stopfens 10′′ eine Dichtung 11′′ angeordnet bzw. eingespannt. Diese Dichtung kann auch durch selbsthärtende Dichtflüssigkeit gebildet werden.

In jedem Falle sind die Stopfen 10′ bzw. 10′′ als Hutmuttern ausgebildet, welche das zugewandte Ende des Zugankers 5 auch stirnseitig überdecken.

Durch die Radialnut 3 hat der Innenraum der Axialbohrung 6 ständig Verbindung nach außen, so daß Undichtigkeiten bzw. Beschädigungen der Dichtungen 9 und 11′ bzw. 11′′ dazu führen, daß in die Axialbohrung 6 eintretendes Pumpmedium an der Radialnut 3 austritt und damit den Dichtungsschaden anzeigt.

Die Montage des dargestellten Plungers kann gemäß Fig. 2 etwa wie folgt durchgeführt werden:

Zunächst wird der Zuganker 5 in die Gewindesackbohrung 4 des Adapterteiles 2 eingedreht. Sodann wird das Plunger­ teil 7 auf das Adapterteil 2 aufgesetzt, wobei mittels eines Zentrierringes 12, welcher sowohl den Außenumfang des Plungerteiles 7 sowie einen Umfangsrand des Adapter­ teiles 2 spielfrei umfaßt, eine exakt gleichachsige Lage von Adapterteil 2 und Plungerteil 7 gewährleistet wird. Sodann kann das Kopfteil 8 mit dem Dichtring 9 auf den entsprechenden Außengewindeabschnitt des Zugankers 5 aufgedreht und mit sehr schwachem Moment gegen das Plunger­ teil 7 gespannt werden.

Danach wird der Zuganker 5 mittels eines hydraulischen Spannwerkzeuges 13 mit starkem Zug gespannt, so daß eine merkliche Längendehnung des Zugankers 5 auftritt.

Das Spannwerkzeug 13 besitzt einen Zylinder 14, dessen Zylinderbohrung am dem Plungerteil 7 zugewandten Ende des Zylinders 14 einen Endabschnitt 15 mit großem Durch­ messer besitzt. Dieser Durchmesser ist etwas größer als der Außendurchmesser des Flansches des Kopfteiles 8, so daß sich der plungerteilseitige Stirnrand des Zylin­ ders 14 radial außerhalb des Flansches des Kopfteiles 8 auf der zugewandten Stirnseite des Plungerteiles 7 auf­ setzen läßt. Dabei bleibt der unrunde bzw. verzahnte Rand des Flansches des Kopfteiles 8 durch eine Radialöffnung 16 im Zylinder 14 für ein Werkzeug zugänglich.

Im übrigen erweitert sich die Zylinderbohrung im Zylinder 14 stufenförmig nach unten und nimmt einen entsprechend stufen­ förmigen Kolben 17 verschiebbar auf, welcher axial vor und hinter der Stufe 18 der Zylinderbohrung bzw. einer ent­ sprechenden Stufe des Kolben 17 mit in Umfangsnuten ange­ ordneten Dichtringen 19 versehen ist, um die Ringspalte zwischen den Kolben 17 und den Wandungen der Zylinderbohrung des Zylinders 14 abzudichten. Auf diese Weise wird unter­ halb der Stufe 18 ein Ringraum 20 gebildet, welcher über eine am Kolben 17 anbringbare Druckleitung 21 und eine daran anschließende Bohrung 22 im Kolben 17 mit hydraulischem Druckmedium gefüllt werden kann. Der erreichbare Druck im Ringraum 20 kann durch ein Überdruckventil 23 im Kolben 17 begrenzt werden.

Der Kolben 17 besitzt einen Schaft 24, dessen Außendurch­ messer so bemessen ist, daß dieser Schaft 24 in den zur Aufnahme des Stopfens 10′ bzw. 10′′ vorgesehenen Raum des Kopfteiles 8 einschiebbar ist. Mittels einer axialen Gewindesackbohrung 25 läßt sich der Schaft 24 mit dem zugewandten Ende des Zugankers 5 verschrauben.

Sobald der Schaft 24 mit dem Zuganker 5 verschraubt worden ist und der Zylinder 14 auf die zugewandte Stirnseite des Plungerteiles 7 aufgesetzt wurde, wird der Ringraum 20 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, so daß der Kolben 17 hydrau­ lisch - in der Zeichnung nach unten - gespannt wird und den Zuganker 5 entsprechend in Axialrichtung dehnt. Nunmehr wird das Kopfteil 8 mittels eines durch die Radialöffnung 16 des Zylinders 14 hindurchsteckbaren Werkzeuges auf dem Zuganker 5 in Richtung des zugewandten Stirnendes des Plungerteiles 3 schraubverstellt, bis der Flansch des Kopfteiles 8 an der zugewandten Seite des Plungerteiles 7 fest anliegt. Die für die vorgenannte Schraubverstellung des Kopfteiles 8 vorgesehenen maximalen Drehmomente sind sehr gering bzw. begrenzt.

Auf diese Weise können während der Schraubverstellung zwischen dem Plungerteil 7 und dem Flansch des Kopfteiles 8 bzw. am Dichtring 9 nur geringfügige Druckkräfte wirksam werden. Jegliche Beschädigung des Dichtringes 9 kann aus­ geschlossen werden.

Danach wird der Ringraum 20 vom hydraulischen Druck wieder entlastet, so daß der Zuganker 5 nunmehr das Kopfteil 8 mit entsprechend großer Kraft gegen das in der Zeichnung untere Stirnende des Plungerteiles 7 spannt und dasselbe mit reproduzierbaren Axialkräften zwischen Adapterteil 2 und Kopfteil 8 eingespannt ist.

Nunmehr kann der Schaft 24 des Kolbens 17 vom Zuganker 5 abgeschraubt werden, um das Spannwerkzeug 13 vom Plunger 1 zu entfernen.

Danach erfolgt noch die Anordnung des Stopfens 10′ bzw. 10′′.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Keramikplungers für Pumpen u. dgl., welcher im wesentlichen aus einem mit einem Plungerantrieb verbindbaren Adapterteil aus Metall, einem am Adapterteil gleichachsig angeordneten Zuganker aus Metall sowie einem hülsenartigen Plunger­ teil aus Keramik besteht, welches axial zwischen dem Adapterteil und einem metallischen Kopfteil des Zug­ ankers eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Zuganker (5) durch Verschraubung verbind­ bare Kopfteil (8) mittels der Verschraubung mit begrenzter bzw. geringer Kraft gegen das zugewandte Stirnende des Plungerteiles (7) geschoben wird, während der Zuganker (5) mittels eines am kopfteilseitigen Ende des Zugankers (5) auf Zug ankuppelbaren und auf dem kopfteilseitigen Ende des Plungerteiles (7) aufsetzbaren Spannwerkzeuges (13) elastisch gedehnt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannwerkzeug (13) mit einem am kopfteilseitigen Ende des Zugankers (5) angeordneten Außengewinde lösbar verschraubt wird, auf welches auch - axial vor dem Spann­ werkzeug (13) - das Kopfteil (8) mit einem Innengewinde aufdrehbar ist.

3. Spannwerkzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulisch verstellbare Spannwerkzeug (13) einen auf das vom Adapterteil (2) abgewandte Stirnende des Plungerteiles (7) aufsetzbaren Zylinder (14) sowie einen darin hydraulisch verschiebbaren Kolben (17) besitzt, der über einen an ihm angeordneten Schaft (24) mit dem Zuganker (5) - vorzugsweise durch Verschraubung - verbindbar ist.

4. Plunger zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Zuganker (5) verschraubbare Kopfteil (8) im montierten Zustand in die vom Zuganker (5) durch­ setzte Axialbohrung des Plungerteiles (7) hineinragt und innerhalb des in das Plungerteil (7) hineinragenden Bereiches einen Abschnitt des zugankerseitigen Gewindes von außen zugänglich läßt.