專利名稱：一種計量泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體用計量泵，特別涉及到液態(tài)金屬尤其如液態(tài)鉛或鋁用的計量泵，它包括帶缸體的外殼，其中作往復運動的活塞及一個閥。
液態(tài)金屬的抽吸是很困難的，是由于液態(tài)金屬，例如鉛或鋁或其它有色金屬有很大的侵蝕性。當這類液態(tài)金屬與泵的構(gòu)件接觸遂發(fā)生化學反應，這會在泵的零件上造成一種腐蝕或侵蝕作用。其后果可能會使該泵的計量精度在相對短的時間內(nèi)嚴重降級。另外，在一個相對短的工作時間之后可能造成泵的報費。
比如一個鉛用計量泵，一般是把它浸在液態(tài)鉛內(nèi)。電池生產(chǎn)中，一般采用所謂的商用鉛，也就是說不是那種化學上說的純鉛，這是一種隨一批投料或多或少摻雜有各種材料的鉛。還有這種鉛，即主要作電池生產(chǎn)用鉛是有其它成分的合金，比如說有銻，或按現(xiàn)今開發(fā)的新技術(shù)還含有鈣。含銻鉛合金較少侵蝕性，在某些限定條件下采用一種鋼制計量泵即可進行加工。在含鈣鉛合金時則不可能，因為鈣會氧化并進一步與其它金屬結(jié)合。
為解決上述問題，號為1，278，248B德國公開專利涉及一種例如鉛，鋅和銅用的熔融有色金屬用的活塞泵，提示采用氮化硅結(jié)合碳化硅，即陶瓷材料的泵殼，活塞，閥球及限制銷。在此，整個泵都浸沒在該熔融材料之中，而它是由上述陶瓷材料制作的。
所述德國專利1，278，248B中的泵沒有被用于實際生產(chǎn)。
德國專利3，305，647A公開了一種活塞泵，特別是一種磨蝕和/或腐蝕液體用的高壓泵，其移動部件由燒結(jié)的陶瓷材料制成，特別是以一種氧化的陶瓷材料形式制成。在此陶瓷材料一詞意指經(jīng)燒結(jié)的氮化物結(jié)構(gòu)，例如是氮化硅，硼化物，鈦質(zhì)和氧化陶瓷，類似于氧化鉛和氧化鋯形式的陶瓷。按所述公開專利3，305，647A的泵只有陶瓷活塞，它使與受抽壓的介質(zhì)相接觸，該活塞被封閉在由根套隔出的缸筒空間以內(nèi)。
在先申請日為1992年2月22日申請?zhí)枮閜4205469.9的德國專利申請中，它不視為現(xiàn)有技術(shù)，其中的活塞泵被用作液態(tài)金屬計量，其所有構(gòu)件作以陶瓷材料，優(yōu)選用氮化硼。
本發(fā)明的一個目的是提供一種液體用計量泵，特別如鉛或鉛的液態(tài)金屬，依照權(quán)利要求1的前序部分所述的具有高磨性的液用計量泵。
本發(fā)明的目的是通過采用權(quán)利要求1特征的陶瓷材料，特別是氮化硅制作的活塞和缸體作用得以實現(xiàn)的。
本發(fā)明進一步有利發(fā)展為閥件和閥座以陶瓷，具體為氮化硅所制成。
該氮化硅狀態(tài)優(yōu)選一種所謂“經(jīng)衰減化”“(hipped)”的(即等壓熱壓制的)氮化硅狀態(tài)，它經(jīng)過燒結(jié)以后燒結(jié)處理。該第一燒結(jié)步驟優(yōu)選采用通常燒結(jié)方法的一種“普通”燒結(jié)操作，而第二燒結(jié)操作最好包括熱均衡加壓(Hot-rsostatic pressing)。
本發(fā)明的基本想法是生產(chǎn)一種全陶瓷材料的計量活塞泵，如公開專利1，278，248B中所述即使整個計量泵可能全部，雖說并無發(fā)必要，即是說其所有部件作成以陶瓷材料，這在實踐中是非常困難的。因此按本發(fā)明的計量泵中缸體和活塞以陶瓷材料制作，而其余部件，如殼體可以用鋼最好用不銹鋼等其它材料制作。
而且，如果閥件或閥構(gòu)件和/或閥座是由如氮化硅的陶瓷材料組成，則是一個優(yōu)點。而閥件或閥構(gòu)件和/或閥座采用和缸體和活塞相同的陶瓷材料則更好。
此外，本發(fā)明的相關(guān)的原理是，那些由被吸介質(zhì)引起的、泵構(gòu)件且特別是其中的運動件，即是彼此間完成相對運動的那此部件的表面損傷會是特別嚴重。因此這些個泵部件(缸體和活塞，還有任何閥件和/或閥座)用陶瓷材料制成。而不執(zhí)行相互間有任何運動的其它泵部件中，由泵所浸于其中的介質(zhì)所引起的表面損傷則是可以容忍的，因此無運動的泵部件可以其他材料制作。
該泵運動件采用陶瓷材料應是能夠耐受相對高的溫度，并且最好還能受相對強的熱沖擊。
當計量泵用于抽吸和計量液態(tài)鉛時，該泵會以約20℃的室溫迅速加熱到約500℃的液態(tài)鉛溫度。在計量液鋁時，被抽吸和計量的液鉛溫度高達約750℃。液態(tài)鋁必得被抽吸并被計量給壓鑄機，或是單獨地給鋁壓鑄機用的予計量金屬。該陶瓷材料的采用應盡量選擇對熔化金屬及其氧化物表現(xiàn)強的化學鈍性者。
該陶瓷材料還應當表現(xiàn)出良好的干式運作性能。在通常大氣狀態(tài)下兩陶瓷表面間的運動時，運作一般不全是干式的，因為大氣中總有一點水汽存在，遂表現(xiàn)有一定程度的殘余的潤滑作用。固態(tài)鉛(即非液態(tài)鉛)具有相對良好的潤滑性，其實它本身被用作一種潤滑劑。在液鉛狀態(tài)下，該計量泵會被浸入其中，而此刻情況則頗不同。液鉛沒有一點潤滑性，至使浸于液鉛中的計量泵百分之百的干式運作。因此所采用的陶瓷材料必得有適當?shù)臐櫥?。所用陶瓷還必得有一個最小磨損率。
已意外發(fā)現(xiàn)上述氮化硅相比于用在德國專利1，278，248B中的氮化硅結(jié)合碳化硅，更適用于在本發(fā)明采用。
本發(fā)明進一步的優(yōu)點在從屬權(quán)利要求中還有敘述。
活塞最好采用U型截面。這樣活塞桿在活塞上的附著點就可安置在活塞的內(nèi)部，這在作強度方面考慮時有其特殊的優(yōu)點。
本發(fā)明的另外一個優(yōu)點是缸體的壁厚與活塞壁厚基本上相同。這個優(yōu)點是考慮到缸體裝置活塞熱脹。
該活塞頭部壁厚最好與裙部壁厚大致相同。這種特征的設(shè)計在熱膨脹性方面也極具優(yōu)點，尤其是在缸體壁厚也與該活塞頭部和裙部或活塞的圓周部厚度大致相等情況下。按本發(fā)明的一個最佳實施例，活塞采用U型橫截面而且缸體壁厚，活塞裙部及活塞頂部厚度取大體相等的尺寸。
本發(fā)明再一個優(yōu)點則是活塞桿在緊靠活塞頭部處與活塞連接。至使通過活塞桿作用到活塞上的力所采用的方式特別有利，尤以壓力沖程其效果較高，在此過程中發(fā)揮出更大的作用力?；钊麠U的力作用點應盡量靠近活塞頭部。
為防止氣缸與活塞間間隙造成漏泄，計量泵的活塞和泵套采用高公差制造。其實這會導致計量精度的降低。甚至活塞還可能咬死在缸體內(nèi)。因此活塞在缸體內(nèi)的裝配公差也應是極其精確的，因為所用的陶瓷材料作成活塞和汽缸一般沒有彈性變形。為使操作過程中活塞在汽缸內(nèi)能有極佳的適配關(guān)系，本發(fā)明作出的一個改進是提議活塞通過萬向節(jié)連到活塞桿上。更具體的設(shè)計可以是活塞桿以球節(jié)形式接到活塞上。因為活塞和活塞桿間的萬向軸承可防止可能導致計量精度下降及活塞咬死在汽缸內(nèi)的應力、應變。
本發(fā)明還構(gòu)想出一種裝置，其中計量泵的殼體由上下殼件及將其固緊起來的拉桿及套所組成。拉桿相對套最好裝載有彈簧，具體可以是板彈簧，因為這種彈簧可對熱膨脹作出補償。即使當操作過程中發(fā)生的熱膨脹，該彈簧總在由上下殼件組成的殼體上施加足夠的載荷，至使熱膨脹時該殼件可靠地夾緊在一起，這種由溫度變化引起的，比為當起初與常溫大致20℃的泵浸入例如(以液鉛為例)的500℃或(以液鋁為例)的750℃的液態(tài)金屬中所引起的膨脹。當由于熱作用造成拉桿膨脹時，該板彈簧或彈簧墊圈就會對這種熱膨脹提供適當?shù)难a償。在這方面要優(yōu)選考慮殼件制作材料的鋼具有比陶瓷材料更大的熱膨脹系數(shù)，這當是考慮的一個因素。
按本發(fā)明再一個改進處表現(xiàn)在該閥件表面全部地或部分地呈球面而且閥座呈圓錐表面。也可作一種反向的安排，即閥件表面全部或部分為圓錐而閥座為球表面。無論哪種情況，閥件在各自閥座上形成線接觸，這對提供良好密封作用特別有利。由于制造還可能有尺寸和/或角度方面的誤差，在操作過程中的升高、比如由熱膨脹引起或諸如機械載荷(沖擊或類似原因)等其他原因引起的則可簡單地和可靠地得有補償。
本發(fā)明還有的優(yōu)點是該閥是受主動操縱的。該閥可是氣動操縱。該閥的開關(guān)設(shè)制依照活塞的位置執(zhí)行，尤其是在活塞所在上下止點中心位置處。為此目的，在活塞桿上裝備有適當?shù)膫鞲衅鳌?br> 閥的壓力、或輸送管最好設(shè)在遠離執(zhí)行操縱閥件的閥桿的閥件那側(cè)。這帶來的好處是用作閥桿通過泵殼的通道開口不必作密封，而某些情況下的這種密封會是極其困難，是至不可能的，特別是在大約500℃溫度的情況下抽吸和計量液鉛。另外會有一個回流或逆流從泵內(nèi)導進壓力管從而引起操縱和不精確計量。
本發(fā)明另一有利形式是制造一個自控壓力閥和一個自控吸力閥。在為了達到本發(fā)明目的的這種設(shè)計中是不采用主動閥而是采用兩個被動閥，它們最好是由陶瓷球和陶瓷閥座所組成，閥座具有圓錐工作表面。
本發(fā)明另外的優(yōu)點及通用形式或由隨后的帶有附圖的詳細公開中得以了解。


圖1表示出計量泵的一個實施例，為側(cè)向作有局部剖的主視圖。
圖2為按圖1的計量泵的下半部剖示圖，即安裝板及泵殼。
圖3示出圖2結(jié)構(gòu)的下半部，即為該泵殼作局部剖視圖。
圖4為計量泵的第二實施例的局部剖視圖。
圖1中通常以標號1表示的計量泵包括殼體2、帶有缸體3，其中活塞4沿縱向可作往復運動，還有閥5。缸體3和活塞4以陶瓷材料制作，亦即氮化硅。殼體2包括有以不銹鋼作的下殼件6和上殼件7。
圖3的計量泵以放大的比例表示。下殼件6上加工有進管或吸管和一個輸送管，它由相對活塞4作軸向延伸、并端止于該下殼件6上端面的一段管9和以直角方式鄰接它開口于下殼件6的圓周面上的管10所組成。閥殼11側(cè)向接到下殼件6上，并由上閥殼件12和下閥殼件13組成，它們用螺栓25和螺帽15把牢一處。閥殼件12和13毗粼下殼件6的凸耳15。
閥5包括閥件60和進口閥座50和輸送閥座16。閥件60和閥座50和16以陶瓷材料制成，也就是氮化硅。閥件60的上端面17和下端面18設(shè)計成部分球表面形式。和關(guān)聯(lián)的閥件的座面19和20設(shè)計成45°角的圓錐表面形式。
活塞4具有U型橫剖面。它基本是由一個圓柱狀殼部21和一個活塞頭部或底部22組成。缸體3的壁厚與活塞4的壁厚大體相等，這對裙部21和活塞頭部22都適用。(圖3中的活塞頭部22顯示以較厚的壁厚但實際上活塞頭22的壁厚可能與活塞裙部21和缸體3的壁厚相等)。
活塞桿23通過球關(guān)節(jié)24與活塞4連接。在活塞23的低端處設(shè)有內(nèi)螺紋25，一個中間件26有一個鄰接結(jié)構(gòu)的凸部27正好擠入其中。中間件26的下端有一個較大直徑的凸部，其下端面采用一個球關(guān)節(jié)閥的球面(圖中未示)。圖中省略的這個球關(guān)節(jié)24的球面將其下側(cè)坐落在相應設(shè)計的球形配合面上，它構(gòu)成了承載部件29。該承載部件29坐在隔環(huán)30上，其一部分再坐在活塞頭22的上端面上。
U型橫剖面的活塞4的進口31內(nèi)設(shè)有活塞套32，其上端面抵靠于一個定位圈33(彈簧擋圈)，它設(shè)置于該活塞殼21的槽34內(nèi)。該活塞套32還具有一個向內(nèi)伸的凸部35，中間件26凸部28則坐在其下側(cè)?；钊麠U23以更接近活塞頭部22的方式被接于活塞4上?；钊魃衔鼪_程時，通過活塞桿23作用的力通過凸部28，凸起35，活塞套32和附圈33傳遞給活塞4。下壓或輸送沖程中，一般這種情況下要傳送更大的力，則該活塞桿23的這個力通過環(huán)節(jié)24，下球關(guān)節(jié)承載部29和隔環(huán)30直接傳遞到活塞頭部22。
閥5設(shè)計成一種主動執(zhí)行控制閥。該閥件60有一個穿過它伸延的閥桿36。其下端面坐在套圈37上，套圈具有較大直徑設(shè)在閥桿36的下端。閥件50靠環(huán)設(shè)閥桿36的閥套37在它的上端面上被把持(見圖1)，并通過螺帽38連接造成一種防松效果，該螺帽38安置在閥桿36的陽螺紋上并通過一個墊39或墊圈靠壓于閥套37的上端。
閥5的進管由進管40及相對閥桿36軸向延伸的管道41及閥套37構(gòu)成。在道41的下端備有上閥座，即輸送閥座16，位于上閥殼件11內(nèi)的凸部內(nèi)。
該輸送閥由輸出管42和管道43組成，管道43對閥桿36和輸送道41作軸向延伸。在輸送輸出道42中，一個連接件44具有螺紋并與輸送管線45相接。
閥5根據(jù)活塞4的運動由氣動驅(qū)動46操縱(圖1)。閥桿36通過球軸節(jié)47與氣動驅(qū)動46的活塞桿連接。
如圖2示，泵殼2附加于安裝板51。安裝板51由螺栓52和螺帽53連接于座落于鉗鍋邊緣上的支承板54的兩側(cè)邊上。被計量的液面在支承板與上殼件7之間延伸。泵殼2連同活塞4及缸體3和閥殼5遂全部浸沒于受計量的液體之中。
安裝板51帶許多孔，通過孔向下延伸有拉桿55。該拉桿在上殼件7和下過殼件6上的孔中延伸。拉桿55的兩端處設(shè)有陽螺紋56和57，其上附有螺帽58和59擰緊。附板51下側(cè)與上殼件7頂面之間部分，環(huán)繞拉桿設(shè)有套61，它與附板51下面及與上殼件7上面接觸、并由螺帽58和59所把持。
拉桿55還通過彈簧使把牢靠緊于套61上，即靠彈簧墊圈或板彈簧62。這種板彈簧62以各自成疊的板簧形式放置在一起。該板簧放在安裝板51上面和螺帽58的下面之間它們以這種方式被夾緊。這種板簧使熱膨脹得有補償，具體就是由處于常溫下的泵浸入被計量的熱液體中時造成的熱膨脹。
氣動驅(qū)動裝置63驅(qū)動活塞桿23(見圖1)。該氣動驅(qū)動裝置63的活塞桿64由該泵活塞桿23上的一個球形關(guān)節(jié)65相接。
計量泵的一個修改方案于圖4中示出，該閥不是主動控制閥而是被動式閥，由自控吸閥66和自控輸送、或壓閥67組成。被計量液體通過吸管68供給吸閥或進閥66。該吸閥66包括一個閥球69和具有45°角設(shè)置的圓錐閥座面71的一個閥座70。閥球69由壓力彈簧72加載靠在閥座70上。
輸送閥67也由閥球73和閥座74組成，閥座74具有45°角設(shè)置的一個圓錐閥座表面75。閥球73靠壓力彈簧76推靠于閥座74上。輸送導管77和輸送管線45連接到輸送閥67上。閥球69和73、還有閥座70和74以陶瓷制作，即氮化硅。
為圖3中描述的主動驅(qū)動閥的情況，其中該輸送閥座16安置在閥桿36的同側(cè)。閥45的輸送導管43和42設(shè)置在遠離閥桿36的閥件60的那一側(cè)。
陶瓷材料的缸體件設(shè)置在泵殼內(nèi)。該活塞包括陶瓷材料的活塞桿30與連接的活塞部件。
權(quán)利要求
1.一種液用計量泵，特別是如鉛或鋁的液態(tài)金屬，包括一個帶有缸體(3)的殼體(2)，其中設(shè)置有一個活塞(4)作縱向滑動，并且有一個閥(5)，其特征在于該缸體(3)和活塞(4)由一種陶瓷材料組成，特別是氮化硅。
2.按權(quán)利要求1的計量泵，其特征為該閥件或閥構(gòu)件(60;69和73)和/或閥座(16，50;70和74)由陶瓷材料組成，特別是氮化硅。
3.按權(quán)利要求1或2的計量泵，其特征為其中該計量泵的殼體(2，6和7)由鋼組成，特別是為不銹鋼。
4.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征在于該活塞(4)是有一個U型橫剖面。
5.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征在于其中該缸體(3)的壁厚與該活塞的壁厚(4和21)大致相等。
6.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征在于其中該活塞頭部22的壁厚與該活塞裙部(21)的壁厚基本相同。
7.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征為其中該活塞桿(23)在靠近該活塞頭部(22)處與活塞(4)連接。
8.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征為其中該活塞(23)通過一個球形關(guān)節(jié)(24)與活塞(4)相連接。
9.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征為其中該殼體(2)由一個下殼體(6)和一個上殼體(7)組成，由拉桿55和套61將它們夾緊在一起。
10.按權(quán)利要求9的計量泵，其特征為其中該接桿(55)通過彈簧(62)，特別是板彈簧靠緊到該套61上去。
11.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征為其中該閥件(60)的表面為完整的、或部分的一個球表面(17和18)以及其中的該閥座(16，50;70和74)具有一個圓錐表面(19，20;71和75)。
12.按在前權(quán)利要求1至10任意之一的計量泵，其特征為其中該閥件的表面完全或部分是圓錐的，而且其中的該閥座具有一個球形表面。
13.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征在于其中該閥(5)是一種主動式控制閥(60，36;圖3)。
14.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征為其中該閥(5)的輸送導管(43和42)布置在遠離該閥桿(36)的閥件(60)的那一側(cè)。
15.按在前權(quán)利要求中任意之一的計量泵，其特征為一個自控式輸送閥(67)和一個自控式進口閥(66)。
全文摘要
一種液用計量泵(1)，特別是一種如鉛或鋁的液態(tài)金屬用的計量泵(1)，包括帶有缸體(3)的殼體(2)，其中布置有作縱向滑動的活塞(4)及閥(5)、為降低磨損率，該缸體3和活塞4由一種陶瓷構(gòu)成，具體可以是氮化硅。
文檔編號F04B13/00GK1095451SQ9410276
公開日1994年11月23日 申請日期1994年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月9日
發(fā)明者埃伯哈德·毛赫爾 申請人:埃伯哈德·毛赫爾