用于低溫流體的往復(fù)式活塞泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗，在此該往復(fù)式活塞栗基本上具有以下結(jié)構(gòu)特征:
[0002]栗缸，其具有缸套和缸頭室，
[0003]栗活塞，其在缸套中線性運(yùn)動(dòng)地被引導(dǎo)，
[0004]進(jìn)入閥，其設(shè)置于缸頭室的進(jìn)入?yún)^(qū)域中并用于低溫流體的進(jìn)入，以及
[0005]排出閥，其設(shè)置于缸頭室的排出區(qū)域中，并用于低溫流體的排出。
[0006]栗活塞由此被構(gòu)造為，在缸套中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)用以引起栗送過(guò)程，并且通過(guò)栗活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)構(gòu)成、或者說(shuō)增大和減小缸頭室。
【背景技術(shù)】
[0007]在低溫往復(fù)式活塞栗中，如在所有活塞栗中一樣，特別是當(dāng)活塞栗以非常高的壓力工作時(shí)，耐磨性是一個(gè)問(wèn)題。在此，對(duì)磨損敏感的區(qū)域是栗活塞上的密封環(huán)或活塞環(huán)。因此在該區(qū)域中，缸套與活塞環(huán)之間的材料組合還是特別重要的，因?yàn)楦叩哪湍?qiáng)度和良好的滑動(dòng)特性在此是重要的。在極度低溫范圍內(nèi)工作，并且待栗送的介質(zhì)(例如液態(tài)氧)的類型可能還附加地限制可使用的材料組合的數(shù)量，這都當(dāng)然帶來(lái)很多困難。
[0008]以非常高的壓力工作的用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗例如由專利文獻(xiàn)CH-703376和US-2003/0080512公知。在第一篇專利文獻(xiàn)中提到，設(shè)置于活塞頂部附近或缸頭室附近的區(qū)域中的密封環(huán)由PTFE和銅環(huán)的組合而構(gòu)成，而第二篇專利文獻(xiàn)給出了詳細(xì)一些的說(shuō)明，其中提到，環(huán)的銅含量大于50%，使用的二硫化鎢含量約5%，剩余的同樣地使用PTFE。公知地，由不銹鋼制成的缸套和由銅與PTFE混合制成的低摩擦的活塞環(huán)的組合在該技術(shù)領(lǐng)域中是普遍的。
[0009]另一方面還公知，對(duì)于特別耐磨的表面，如今經(jīng)常使用硬鉻覆層。由此例如在活塞機(jī)(Kolbenmaschinen，活塞式壓縮機(jī))的現(xiàn)有技術(shù)中，如在專利文獻(xiàn)DE102007038188A1中描述了一種耐磨的、覆層的機(jī)器元件，特別是一種在表面上覆有硬鉻層的活塞環(huán)。但在該公開文獻(xiàn)中，機(jī)器元件也指壓力缸、活塞等。而顯然在具體提到的應(yīng)用中涉及高溫范圍中的機(jī)器元件，即用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(Kolbenmotoren)的機(jī)器元件。原則上，采用硬鉻層，以盡可能減少由摩擦導(dǎo)致的磨損，然而在此由于主要應(yīng)用范圍是用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，因此當(dāng)然主要還是用于實(shí)現(xiàn)高的燒損痕跡強(qiáng)度(Brandspurfestigkeit)。然而，后者在低溫應(yīng)用中是無(wú)意義的。
[0010]最后，專利文獻(xiàn)US-20130118424示出，由于高耐磨性，也已經(jīng)部分地在用于低溫介質(zhì)的活塞栗中使用鉻作為覆層材料。因此該公開文獻(xiàn)示出，在遠(yuǎn)離活塞頂部的密封區(qū)域中但不在靠近活塞頂部的活塞環(huán)區(qū)域中，為這種活塞栗的活塞設(shè)有硬鉻覆層?？磥?lái)整體上可以僅引用該公開文獻(xiàn)，因此在密封區(qū)域中硬鉻覆層與刮擦器一起被選擇，以盡可能地避免部分地還能由低溫介質(zhì)中的污染顆粒產(chǎn)生的對(duì)密封件的損壞?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0011]因此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗，其在高負(fù)載的活塞環(huán)或密封環(huán)區(qū)域中具有磨損特別小的、同時(shí)摩擦特別小的材料或材料組合，此外構(gòu)造特別簡(jiǎn)單。
[0012]本實(shí)用新型的目的通過(guò)本文中所提出的特征組合實(shí)現(xiàn)。
[0013]具體而言，本實(shí)用新型提出一種用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗，具有:在栗缸中的缸頭室和缸套；栗活塞，其在所述缸套中線性地被引導(dǎo)；進(jìn)入閥，其設(shè)置于所述缸頭室的進(jìn)入?yún)^(qū)域中；以及排出閥，其設(shè)置于所述缸頭室的排出區(qū)域中；其中，所述栗活塞被構(gòu)造為，在所述缸套中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)用以引起栗送過(guò)程，其特征在于，所述缸套至少在缸頭附近的區(qū)域中具有低摩擦的鉻基內(nèi)覆層，以及所述栗活塞是無(wú)活塞環(huán)的并至少在缸套區(qū)域中具有低摩擦的鉻基外覆層。
[0014]優(yōu)選地，所述低摩擦的鉻基內(nèi)覆層和所述低摩擦的鉻基外覆層用于減小磨損，并具有小于0.01mm的層厚度和大于98wt%的鉻含量。
[0015]優(yōu)選地，低摩擦的鉻基的所述覆層具有附加的、用于改進(jìn)干潤(rùn)滑特性的二硫化鎢層。
[0016]優(yōu)選地，低摩擦的鉻基的所述覆層具有微凸起，以減小彼此的接觸面。
[0017]該解決方案在于，缸套至少在缸頭附近的區(qū)域中具有低摩擦的鉻基內(nèi)覆層，而栗活塞是無(wú)活塞環(huán)的，并且栗活塞至少在缸套區(qū)域中具有低摩擦的鉻基外覆層。無(wú)活塞環(huán)當(dāng)然意味著本質(zhì)上顯著的構(gòu)造簡(jiǎn)化。
[0018]建議對(duì)缸套和栗活塞均使用低摩擦的鉻基覆層，所述覆層具有小于0.01mm的層厚度以及大于98wt %的鉻含量。當(dāng)然同樣地可以使用具有其他的層厚度、不同的層結(jié)構(gòu)、相似的鉻含量以及可能不同的其他金屬的剩余含量的其他的但原則上相似的低摩擦的鉻基覆層，但這些在目前的發(fā)展?fàn)顩r下還較少經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)。在試驗(yàn)中，所建議的厚度和成分已產(chǎn)生良好的結(jié)果。
[0019]鉻覆層原則上不僅是硬的，其還具有非常低的摩擦系數(shù)。但通常在選擇材料組合時(shí)，還必須考慮其他要點(diǎn)，因?yàn)楣詈捅砻娲植诙韧瑯佑绊懣蓪?shí)現(xiàn)的結(jié)果。因此在無(wú)活塞環(huán)的機(jī)器中前提必須是，為了實(shí)現(xiàn)與使用活塞環(huán)的機(jī)器一樣近似相等的高的栗效率，在栗活塞與活塞套之間必須設(shè)定較小的公差。為了減少栗活塞和活塞套的表面卡住或甚至彼此粘附的風(fēng)險(xiǎn)，必須保持彼此的摩擦小。利用迄今使用的鋼和銅或灰鑄鐵的材料組合，可能避免了卡住和粘附問(wèn)題，但活塞的磨損的問(wèn)題仍然存在，以及因此在更大程度上有栗效率快速下降或與此相關(guān)的高的停機(jī)時(shí)間和昂貴的維修工作的問(wèn)題。特別考慮用于無(wú)活塞環(huán)的機(jī)器的替代的材料組合，必須不僅具有小的相互摩擦和非常好的耐磨強(qiáng)度，而且必須考慮到在小公差的情況下的前述粘附問(wèn)題。鉻-鉻材料組合原則上適用，因?yàn)槠渲辽倬哂袃蓚€(gè)最先被提及的特性。
[0020]那么，在活塞套和活塞配對(duì)時(shí)的小公差和用于實(shí)現(xiàn)低摩擦系數(shù)的光滑的表面有自身的問(wèn)題。雖然公知在表面非常光滑時(shí)兩種材料之間的摩擦系數(shù)減小，然而粘附風(fēng)險(xiǎn)同樣會(huì)增大。必須根據(jù)需要再采取其他措施，以降低該粘附風(fēng)險(xiǎn)。這種措施在于使用具有微凸起部的低摩擦的鉻基覆層，以減小彼此的接觸面。原則上在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域建議類似的觀點(diǎn)，然而在此物理和化學(xué)條件完全不同，但仍完全或至少部分地基于現(xiàn)有的潤(rùn)滑劑(參看例如DE-102005054622)。因此，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)潤(rùn)滑劑的低溫往復(fù)式活塞栗是不容易的轉(zhuǎn)換。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。在此示出:
[0022]圖1是具有缸套內(nèi)覆層和活塞外覆層的用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗，所述缸套內(nèi)覆層和活塞外覆層是鉻基的且低的摩擦。
[0023]其中，附圖標(biāo)記列表如下:
[0024]1 栗缸
[0025]2 缸套
[0026]3缸頭室
[0027]4栗活塞
[0028]5進(jìn)入閥
[0029]6排出閥
[0030]8驅(qū)動(dòng)端部
[0031]9冷端部
[0032]A缸頭室附近的區(qū)域
[0033]P運(yùn)動(dòng)方向
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1示出了具有缸套內(nèi)覆層和活塞外覆層的用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗的剖面圖，所述缸套內(nèi)覆層和活塞外覆層是鉻基的且低的摩擦。僅以簡(jiǎn)化形式示出了栗活塞區(qū)域，因?yàn)橥鶑?fù)式活塞栗的剩余的組件對(duì)于理解本實(shí)用新型并不重要。
[0035]根據(jù)圖1的往復(fù)式活塞栗基本上具有如下結(jié)構(gòu)特征:
[0036]栗缸1在內(nèi)部具有缸套2和缸頭室3。然而，缸頭室3在該圖中不容易識(shí)別出，因此僅示出其中在往復(fù)式活塞栗運(yùn)行時(shí)構(gòu)成缸頭室的區(qū)域。在缸套2中線性運(yùn)動(dòng)地沿運(yùn)動(dòng)方向P引導(dǎo)栗活塞4，即由此栗活塞實(shí)施往復(fù)運(yùn)動(dòng)。用于栗活塞的驅(qū)動(dòng)裝置(即栗電機(jī))未示出，但示出了栗活塞4的可與驅(qū)動(dòng)裝置連接的驅(qū)動(dòng)端部8。由于在此示出了處于最大進(jìn)給位置的栗活塞4，則在該視圖中，缸頭室3的容積也處于最小值，即實(shí)際上等于0。進(jìn)入閥5設(shè)置于缸頭室3的進(jìn)入?yún)^(qū)域中，并用于使低溫流體進(jìn)入缸頭室3中。排出閥6設(shè)置于缸頭室3的排出區(qū)域中，并用于將低溫流體從缸頭室3排出。進(jìn)入閥5和排出閥6位于與驅(qū)動(dòng)端部8相反的冷端部9上。
[0037]此外應(yīng)注意，栗活塞4在缸頭室附近的區(qū)域A中無(wú)活塞環(huán)。如前所述，栗活塞構(gòu)造為在缸套中為了引起栗送過(guò)程而沿栗送方向P進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)栗活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)構(gòu)成、或者說(shuō)增大和減小缸頭室3。
[0038]此外由圖1還可看出，栗活塞4在其中有效地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的缸套2不在栗缸1的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。缸套2在其內(nèi)部具有低摩擦的鉻基內(nèi)覆層。栗活塞4至少在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)與缸套處于接觸的區(qū)域中具有低摩擦的鉻基外覆層。特別地，這出現(xiàn)在缸頭室附近的區(qū)域A上，即在活塞栗的冷端部9上。
[0039]缸套2的低摩擦的鉻基內(nèi)覆層和栗活塞4的低摩擦的鉻基外覆層具有例如小于0.01mm的層厚度和大于98wt%的鉻含量。因此是薄鉻覆層。
[0040]在此可以有附加的二硫化鎢(WS2)層，用于改進(jìn)薄鉻覆層的干潤(rùn)滑特性。
[0041]此外如前所述，缸套2和栗活塞4的低摩擦的鉻基覆層還可以具有微凸起，以減小彼此的接觸面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于低溫流體的往復(fù)式活塞栗，具有: 在栗缸⑴中的缸頭室⑶和缸套(2)， 栗活塞(4)，其在所述缸套(2)中線性地被引導(dǎo)， 進(jìn)入閥(5)，其設(shè)置于所述缸頭室(3)的進(jìn)入?yún)^(qū)域中，以及 排出閥(6)，其設(shè)置于所述缸頭室(3)的排出區(qū)域中， 其中，所述栗活塞(4)被構(gòu)造為，在所述缸套(2)中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)用以引起栗送過(guò)程， 其特征在于， 所述缸套(2)至少在缸頭附近的區(qū)域中具有低摩擦的鉻基內(nèi)覆層，以及 所述栗活塞(4)是無(wú)活塞環(huán)的并至少在缸套區(qū)域中具有低摩擦的鉻基外覆層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式活塞栗，其特征在于，所述低摩擦的鉻基內(nèi)覆層和所述低摩擦的鉻基外覆層用于減小磨損，并具有小于0.01mm的層厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式活塞栗，其特征在于，低摩擦的鉻基的所述覆層具有附加的、用于改進(jìn)干潤(rùn)滑特性的二硫化鎢層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)式活塞栗，其特征在于，低摩擦的鉻基的所述覆層具有附加的、用于改進(jìn)干潤(rùn)滑特性的二硫化鎢層。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的往復(fù)式活塞栗，其特征在于，低摩擦的鉻基的所述覆層具有微凸起，以減小彼此的接觸面。
【專利摘要】一種用于低溫流體的往復(fù)式活塞泵，具有泵缸(1)，泵缸包括缸套(2)和缸頭室(3)。泵活塞(4)在缸套(2)中線性運(yùn)動(dòng)地被引導(dǎo)，并由此增大/減小所述缸頭室(3)。進(jìn)入閥(5)設(shè)置于缸頭室(3)的進(jìn)入?yún)^(qū)域中，排出閥(6)設(shè)置于缸頭室(3)的排出區(qū)域中。為此，泵活塞(4)被構(gòu)造為，在缸套(2)中為了引起泵送過(guò)程而進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。缸套(2)至少在缸頭附近的區(qū)域中具有低摩擦的鉻基內(nèi)覆層，而泵活塞(4)是無(wú)活塞環(huán)的并至少在缸套區(qū)域中具有低摩擦的鉻基外覆層。
【IPC分類】F04B53/14, F04B53/16
【公開號(hào)】CN204961281
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520336853
【發(fā)明人】I·樂(lè)文, 菲利普·德魯特
【申請(qǐng)人】法伍克賴奧邁科股份有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日
【公告號(hào)】EP2982863A1