用于低温流体的往复式活塞泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于低温流体的往复式活塞栗，在此该往复式活塞栗基本上具有以下结构特征:
[0002]栗缸，其具有缸套和缸头室，
[0003]栗活塞，其在缸套中线性运动地被引导，
[0004]进入阀，其设置于缸头室的进入区域中并用于低温流体的进入，以及
[0005]排出阀，其设置于缸头室的排出区域中，并用于低温流体的排出。
[0006]栗活塞由此被构造为，在缸套中进行往复运动用以引起栗送过程，并且通过栗活塞的往复运动来构成、或者说增大和减小缸头室。
【背景技术】
[0007]在低温往复式活塞栗中，如在所有活塞栗中一样，特别是当活塞栗以非常高的压力工作时，耐磨性是一个问题。在此，对磨损敏感的区域是栗活塞上的密封环或活塞环。因此在该区域中，缸套与活塞环之间的材料组合还是特别重要的，因为高的耐磨强度和良好的滑动特性在此是重要的。在极度低温范围内工作，并且待栗送的介质(例如液态氧)的类型可能还附加地限制可使用的材料组合的数量，这都当然带来很多困难。
[0008]以非常高的压力工作的用于低温流体的往复式活塞栗例如由专利文献CH-703376和US-2003/0080512公知。在第一篇专利文献中提到，设置于活塞顶部附近或缸头室附近的区域中的密封环由PTFE和铜环的组合而构成，而第二篇专利文献给出了详细一些的说明，其中提到，环的铜含量大于50%，使用的二硫化钨含量约5%，剩余的同样地使用PTFE。公知地，由不锈钢制成的缸套和由铜与PTFE混合制成的低摩擦的活塞环的组合在该技术领域中是普遍的。
[0009]另一方面还公知，对于特别耐磨的表面，如今经常使用硬铬覆层。由此例如在活塞机(Kolbenmaschinen，活塞式压缩机)的现有技术中，如在专利文献DE102007038188A1中描述了一种耐磨的、覆层的机器元件，特别是一种在表面上覆有硬铬层的活塞环。但在该公开文献中，机器元件也指压力缸、活塞等。而显然在具体提到的应用中涉及高温范围中的机器元件，即用于活塞式发动机(Kolbenmotoren)的机器元件。原则上，采用硬铬层，以尽可能减少由摩擦导致的磨损，然而在此由于主要应用范围是用于活塞式发动机，因此当然主要还是用于实现高的烧损痕迹强度(Brandspurfestigkeit)。然而，后者在低温应用中是无意义的。
[0010]最后，专利文献US-20130118424示出，由于高耐磨性，也已经部分地在用于低温介质的活塞栗中使用铬作为覆层材料。因此该公开文献示出，在远离活塞顶部的密封区域中但不在靠近活塞顶部的活塞环区域中，为这种活塞栗的活塞设有硬铬覆层。看来整体上可以仅引用该公开文献，因此在密封区域中硬铬覆层与刮擦器一起被选择，以尽可能地避免部分地还能由低温介质中的污染颗粒产生的对密封件的损坏。【实用新型内容】
[0011]因此，本实用新型的目的在于提出一种用于低温流体的往复式活塞栗，其在高负载的活塞环或密封环区域中具有磨损特别小的、同时摩擦特别小的材料或材料组合，此外构造特别简单。
[0012]本实用新型的目的通过本文中所提出的特征组合实现。
[0013]具体而言，本实用新型提出一种用于低温流体的往复式活塞栗，具有:在栗缸中的缸头室和缸套；栗活塞，其在所述缸套中线性地被引导；进入阀，其设置于所述缸头室的进入区域中；以及排出阀，其设置于所述缸头室的排出区域中；其中，所述栗活塞被构造为，在所述缸套中进行往复运动用以引起栗送过程，其特征在于，所述缸套至少在缸头附近的区域中具有低摩擦的铬基内覆层，以及所述栗活塞是无活塞环的并至少在缸套区域中具有低摩擦的铬基外覆层。
[0014]优选地，所述低摩擦的铬基内覆层和所述低摩擦的铬基外覆层用于减小磨损，并具有小于0.01mm的层厚度和大于98wt%的铬含量。
[0015]优选地，低摩擦的铬基的所述覆层具有附加的、用于改进干润滑特性的二硫化钨层。
[0016]优选地，低摩擦的铬基的所述覆层具有微凸起，以减小彼此的接触面。
[0017]该解决方案在于，缸套至少在缸头附近的区域中具有低摩擦的铬基内覆层，而栗活塞是无活塞环的，并且栗活塞至少在缸套区域中具有低摩擦的铬基外覆层。无活塞环当然意味着本质上显著的构造简化。
[0018]建议对缸套和栗活塞均使用低摩擦的铬基覆层，所述覆层具有小于0.01mm的层厚度以及大于98wt %的铬含量。当然同样地可以使用具有其他的层厚度、不同的层结构、相似的铬含量以及可能不同的其他金属的剩余含量的其他的但原则上相似的低摩擦的铬基覆层，但这些在目前的发展状况下还较少经过检验。在试验中，所建议的厚度和成分已产生良好的结果。
[0019]铬覆层原则上不仅是硬的，其还具有非常低的摩擦系数。但通常在选择材料组合时，还必须考虑其他要点，因为公差和表面粗糙度同样影响可实现的结果。因此在无活塞环的机器中前提必须是，为了实现与使用活塞环的机器一样近似相等的高的栗效率，在栗活塞与活塞套之间必须设定较小的公差。为了减少栗活塞和活塞套的表面卡住或甚至彼此粘附的风险，必须保持彼此的摩擦小。利用迄今使用的钢和铜或灰铸铁的材料组合，可能避免了卡住和粘附问题，但活塞的磨损的问题仍然存在，以及因此在更大程度上有栗效率快速下降或与此相关的高的停机时间和昂贵的维修工作的问题。特别考虑用于无活塞环的机器的替代的材料组合，必须不仅具有小的相互摩擦和非常好的耐磨强度，而且必须考虑到在小公差的情况下的前述粘附问题。铬-铬材料组合原则上适用，因为其至少具有两个最先被提及的特性。
[0020]那么，在活塞套和活塞配对时的小公差和用于实现低摩擦系数的光滑的表面有自身的问题。虽然公知在表面非常光滑时两种材料之间的摩擦系数减小，然而粘附风险同样会增大。必须根据需要再采取其他措施，以降低该粘附风险。这种措施在于使用具有微凸起部的低摩擦的铬基覆层，以减小彼此的接触面。原则上在发动机领域建议类似的观点，然而在此物理和化学条件完全不同，但仍完全或至少部分地基于现有的润滑剂(参看例如DE-102005054622)。因此，转变为无润滑剂的低温往复式活塞栗是不容易的转换。
【附图说明】
[0021]下面参照附图详细说明本实用新型。在此示出:
[0022]图1是具有缸套内覆层和活塞外覆层的用于低温流体的往复式活塞栗，所述缸套内覆层和活塞外覆层是铬基的且低的摩擦。
[0023]其中，附图标记列表如下:
[0024]1 栗缸
[0025]2 缸套
[0026]3缸头室
[0027]4栗活塞
[0028]5进入阀
[0029]6排出阀
[0030]8驱动端部
[0031]9冷端部
[0032]A缸头室附近的区域
[0033]P运动方向
【具体实施方式】
[0034]图1示出了具有缸套内覆层和活塞外覆层的用于低温流体的往复式活塞栗的剖面图，所述缸套内覆层和活塞外覆层是铬基的且低的摩擦。仅以简化形式示出了栗活塞区域，因为往复式活塞栗的剩余的组件对于理解本实用新型并不重要。
[0035]根据图1的往复式活塞栗基本上具有如下结构特征:
[0036]栗缸1在内部具有缸套2和缸头室3。然而，缸头室3在该图中不容易识别出，因此仅示出其中在往复式活塞栗运行时构成缸头室的区域。在缸套2中线性运动地沿运动方向P引导栗活塞4，即由此栗活塞实施往复运动。用于栗活塞的驱动装置(即栗电机)未示出，但示出了栗活塞4的可与驱动装置连接的驱动端部8。由于在此示出了处于最大进给位置的栗活塞4，则在该视图中，缸头室3的容积也处于最小值，即实际上等于0。进入阀5设置于缸头室3的进入区域中，并用于使低温流体进入缸头室3中。排出阀6设置于缸头室3的排出区域中，并用于将低温流体从缸头室3排出。进入阀5和排出阀6位于与驱动端部8相反的冷端部9上。
[0037]此外应注意，栗活塞4在缸头室附近的区域A中无活塞环。如前所述，栗活塞构造为在缸套中为了引起栗送过程而沿栗送方向P进行往复运动，并通过栗活塞的往复运动来构成、或者说增大和减小缸头室3。
[0038]此外由图1还可看出，栗活塞4在其中有效地进行往复运动的缸套2不在栗缸1的整个长度上延伸。缸套2在其内部具有低摩擦的铬基内覆层。栗活塞4至少在往复运动时与缸套处于接触的区域中具有低摩擦的铬基外覆层。特别地，这出现在缸头室附近的区域A上，即在活塞栗的冷端部9上。
[0039]缸套2的低摩擦的铬基内覆层和栗活塞4的低摩擦的铬基外覆层具有例如小于0.01mm的层厚度和大于98wt%的铬含量。因此是薄铬覆层。
[0040]在此可以有附加的二硫化钨(WS2)层，用于改进薄铬覆层的干润滑特性。
[0041]此外如前所述，缸套2和栗活塞4的低摩擦的铬基覆层还可以具有微凸起，以减小彼此的接触面。
【主权项】
1.一种用于低温流体的往复式活塞栗，具有: 在栗缸⑴中的缸头室⑶和缸套(2)， 栗活塞(4)，其在所述缸套(2)中线性地被引导， 进入阀(5)，其设置于所述缸头室(3)的进入区域中，以及 排出阀(6)，其设置于所述缸头室(3)的排出区域中， 其中，所述栗活塞(4)被构造为，在所述缸套(2)中进行往复运动用以引起栗送过程， 其特征在于， 所述缸套(2)至少在缸头附近的区域中具有低摩擦的铬基内覆层，以及 所述栗活塞(4)是无活塞环的并至少在缸套区域中具有低摩擦的铬基外覆层。2.根据权利要求1所述的往复式活塞栗，其特征在于，所述低摩擦的铬基内覆层和所述低摩擦的铬基外覆层用于减小磨损，并具有小于0.01mm的层厚度。3.根据权利要求1所述的往复式活塞栗，其特征在于，低摩擦的铬基的所述覆层具有附加的、用于改进干润滑特性的二硫化钨层。4.根据权利要求2所述的往复式活塞栗，其特征在于，低摩擦的铬基的所述覆层具有附加的、用于改进干润滑特性的二硫化钨层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的往复式活塞栗，其特征在于，低摩擦的铬基的所述覆层具有微凸起，以减小彼此的接触面。
【专利摘要】一种用于低温流体的往复式活塞泵，具有泵缸(1)，泵缸包括缸套(2)和缸头室(3)。泵活塞(4)在缸套(2)中线性运动地被引导，并由此增大/减小所述缸头室(3)。进入阀(5)设置于缸头室(3)的进入区域中，排出阀(6)设置于缸头室(3)的排出区域中。为此，泵活塞(4)被构造为，在缸套(2)中为了引起泵送过程而进行往复运动。缸套(2)至少在缸头附近的区域中具有低摩擦的铬基内覆层，而泵活塞(4)是无活塞环的并至少在缸套区域中具有低摩擦的铬基外覆层。
【IPC分类】F04B53/14, F04B53/16
【公开号】CN204961281
【申请号】CN201520336853
【发明人】I·乐文, 菲利普·德鲁特
【申请人】法伍克赖奥迈科股份有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年5月22日
【公告号】EP2982863A1