Pumpenkolben für Axialkolbenpumpen

Abstract

 Bei dem Pumpenkolben für Axialkolbenpumpen mit Keramikkolben (1) und Antriebselement (3) aus metallischem Werkstoff weist der Keramikkolben (1) eine Stirnfläche auf, von der 20 bis 80 % als Fügefläche für eine Lötverbindung (2) mit dem Antriebselement (3) ausgebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Pumpenkolben für Axialkolbenpumpen bestehend aus einem Keramikkolben und einem Antriebselement aus metallischem Werkstoff.

[0002] Kraftschlüssige, formschlüssige und stoffschlüssige Verbindungen zwischen keramischen und metallischen Werkstoffen sind bekannt. Die beiden ersten Verbindungsarten weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. So unterliegen die verwendbaren Kleber Alterungserscheinungen, die eine Versprödung der Verbindung zur Folge haben. Der Einsatz geklebter Verbindungen ist beschränkt, da sich die organischen Kleber bei höheren Temperaturen zersetzen. In einigen Fällen können Klebeverbindungen auch aufgrund ihrer gegenüber manchen Chemikalien geringen Beständigkeit nicht eingesetzt werden. Geklemmte oder geschrumpfte Verbindungen können sich während der Betriebsdauer durch Setzungserscheinungen lockern. Formschlüssige Verbindungen haben den Nachteil, daß geometrisch komplizierte Teile mit höchster Präzision gefertigt werden müssen. Diese Forderung erschwert insbesondere die Fertigung der keramischen Komponenten.

[0003] Bei der stoffschlüssigen Verbindung wird der keramische Werkstoff mit einer Molybdänmanganmischung oder Wolfram metallisiert und anschließend mit geeigneten Loten in einem weiteren Arbeitsgang mit einem oder mehreren Metallpartnern verbunden. Direktes Löten ohne vorherige Metallisierung ist ebenfalls bekannt. Hierfür müssen allerdings Lote mit Titan, Zirkonium oder Hafnium-Anteilen verwendet werden. Zur Reduzierung der zwischen Metall und Keramik auftretenden Spannungen, die durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen werden, ist allerdings die Verwendung von Metallen erforderlich, die in ihrem Ausdehnungsverhalten der Keramik angepaßt sind oder es werden spezielle Konstruktionen verwendet, die ebenfalls zu einem Spannungsabbau führen. Die Konstruktionen ertragen jedoch nur geringe mechanische Beanspruchung.

[0004] Die aufgezeigten Mängel werden durch einen Pumpenkolben behoben, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Keramikkolben eine Stirnfläche aufweist, von der 20 bis 80 %, insbesondere 25 bis 60 % als Fügefläche für eine Lötverbindung mit dem Antriebselement ausgebildet ist.

[0005] Dabei spielt es keine Rolle, welche Teilflächen der Stirnfläche als Fügefläche ausgebildet sind. Hierfür eignen sich einzelne, individuelle Bereiche oder ringförmige Bereiche der Stirnfläche gleichermaßen, wobei diese Bereiche sich als erhabene oder zurückgesetzte Flächen von der Stirnfläche absetzen können. Die Verbindung Keramik-Metall kann durch Aktivlöten oder Passivlöten erfolgen. Für ersteres eignen sich Lote mit Anteilen von Titan, Zirkonium, Hafnium und ähnlichem; für letzteres Lote auf der Basis von Edelmetallen, Kupfer oder Legierungen hieraus oder auf Basis von Blei, Zinn, Zink oder Legierungen hieraus. Die Lötspalte können kleiner als 500 µm sein. Bei passivem Löten muß die Fügefläche metallisiert werden, wofür sich Molybdän, Molybdän-Mangan oder Wolfram eignet. Um die Benetzung für das Lot zu verbessern, können die metallisierten Flächen mit einer Nickelschicht versehen werden. Der Keramikkolben kann aus Aluminiumoxid mit Al₂O₃ - gehalten zwischen 80 und 100 % - oder Siliziumcarbid bestehen; der Antriebsteil aus Eisen - oder Nichteisenmetallen, wie z.B. legiertem oder unlegiertem Stahl, Austenit, Messing, Kupfer, Titan oder ähnlichem.

[0006] Die Figur zeigt einen Pumpenkolben, bei dem der Keramikkolben (1), der teilweise geschnitten ist, durch Löten mit dem metallischen Antriebsteil (3) verbunden ist. Die Fügefläche bzw. die Lötfläche (2) ist in diesem Beispiel ringförmig ausgebildet.

[0007] Der Tabelle kann die Haftfestigkeit der Lötverbindung in Abhängigkeit von der Größe der Fügefläche entnommen werden. Alle Versuche wurden an Lötverbindungen von Stahlscheiben (ST 52) mit 27 mm Durchmesser und 3 mm Dicke und Keramikkolben (Aluminiumoxid) mit 20 mm Durchmesser durchgeführt.

Ansprüche

1. Pumpenkolben für Axialkolbenpumpen bestehend aus Keramikkolben und Antriebselement aus metallischem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkolben eine Stirnfläche aufweist, von der 20 bis 80 % als Fügefläche für eine Lötverbindung mit einem Antriebselement ausgebildet ist.

2. Pumpenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 25 bis 60 % der Stirnfläche als Fügefläche ausgebildet ist.

3. Pumpenkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne, individuelle Bereiche der Stirnfläche des Keramikkolbens als Fügefläche ausgebildet sind.

4. Pumpenkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Bereich der Stirnfläche als Fügefläche ausgebildet ist.

5. Pumpenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Keramikkolbens als Fügefläche eine Erhabung aufweist.

6. Pumpenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Keramikkolbens als Fügefläche eine zurückgesetzte Fläche aufweist.

7. Pumpenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügefläche metallisiert ist.

Zeichnung