DE3036129A1 - Verfahren zum fluessigkeits- und gasdichten verbindung von keramik- und sintermetallbauteilen - Google Patents
Verfahren zum fluessigkeits- und gasdichten verbindung von keramik- und sintermetallbauteilenInfo
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Description
κ. 652
Pf/Jä 25.8.1980
Robert Bosch GmbH, 7000' Stuttgart 1
Verfahren zum flüssigkeits- und gasdichten Verbinden
von Keramik- und Sintermetallbauteilen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Kupplungsteilen, wie
sie beispielsweise in Pumpen verwendet werden und die aus einem Keramikring und einem Stahlgehäuse bestehen,
werden diese beiden Bauteile üblicherweise durch eine Gummimanschette miteinander verbunden, um diese Verbindung
flüssigkeits- und gasdicht zu machen. Dies erfordert
zum einen einen speziellen Montagegang,- um diese Verbindung herzustellen, zum anderen können derartige
Bauteile weder bei höheren Temperaturen noch in Medien eingesetzt werden, die die Gummimanschette zerstören.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein extra Montagegang zum Verbinden von Keramikring
und Sinterstahlgehäuse entfällt und daß
darüber hinaus auf diese Weise hergestellte Bauteile ohne weiteres bei höheren Temperaturen und, was gerade
bei Pumpen wichtig ist, in Medien eingesetzt werden können, geg.en die eine Gummidichtung nicht beständig
wäre. ■
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders bewährt hat sich die Verwendung eines Fe-Si-P-Sinterstahls
mit 1,75 Gew.-% Si und 0,5 Gew.-% P, Rest Fe.
Bei dem Verfahren geht man ganz allgemein so vor, daß man, um beim Beispiel eines Ringes zu bleiben, einen
fertig gesinterten Keramikring in eine Vertiefung eines beim Sintern schwindenden Preßkörpers aus Sinterstahl
einlegt. Es ist ersichtlich, daß für das Einlegen zumindest in der Fertigung ein bestimmtes Einlegespiel
notwendig ist, um diesen Einlegvorgang möglichst einfach gestalten zu können. Es hat sich gezeigt,
daß theoretisch für ein Einlegespiel 0, bei dem der Außendurchmesser des Keramikringes gleich ist
dem Innendurchmesser der Vertiefung, das fertig gesinterte Sintermetall beim Sintern eine lineare Schwindung
von 0,8 % aufweisen muß. In der Praxis muß das Spiel ungleich 0 sein, d. h., der Außendurchmesser des
Keramikringes muß etwas kleiner sein als der Innendurchmesser der Vertiefung, was dazu führt, daß die
lineare Schwindung des fertig gesinterten Sintermetalls größer als 0,8 % sein muß. Die Raumerfüllung des gesinterten
Metallteiles muß ^ 92 % sein, um Gasdicht-
heit zu gewährleisten. Es ist daher ohne weiteres klar, daß bei diesem Verfahren bestimmte Verhältnisse·
der Abmessungen der zu verbindenden Teile vor dem Sintern des Sinterstahlgehäuses eingehalten werden müssen,
die weiter unten -im Beispiel näher behandelt werden. Es ist darüber hinaus notwendig, daß die beiden Flächen
der zu verbindenden Teile, die miteinander in Berührung kommen, möglichst glatt und eben sind, damit
möglichst viele Berührungspunkte vorhanden sind. Je gleichmäßiger nämlich die beim Sintern auftretenden
Kräfte verteilt sind, desto grö'ßer kann die Schwindung sein und desto besser ist dann die Verbindung
zwischen den beiden Teilen. Darüber hinaus ist jedoch die zulässige Schwindung auch abhängig von der Geometrie
des Sintermetallteiles, wie ebenfalls noch gezeigt werden wird. Es wird jedoch deutlich, daß, um
eine gasdichte Verbindung zu bekommen, es sehr genau auf die Abmessungsverhältnisse zwischen Innendurchmesser
und Wandstärke der Sinterstahlaufnahme und Außendurchmesser des Keramikringes in ihrem Verhältnis
zur linearen Schwindung ankommt. Ist nämlich die Schwindung zu gering, so sitzt der Keramikring nicht
fest oder zumindest nicht gasdicht in der Vertiefung, ist sie dagegen zu groß, so kippt, je nach Wanddicke
der Sinterstahlaufnähme, der obere Teil derselben nach
außen, womit die gemeinsame Fläche zwischen Keramikring und Sinterstahlaufnahme zu klein wird und damit
zumindest die Gasdichtheit der Verbindung nicht mehr gegeben ist. Hier muß bei dem jeweiligen Teil, ein Optimum
durch Versuche festgelegt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher, erläutert. Die Figur zeigt einen Schnitt durch ein Sinterstahlteil mit eingelegtem Keramikring.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Sinterstahlsteil 1 zeigt an seinem unteren Ende eine Vertiefung, in der sich ein Keramikring 2 befindet,
vobei zwischen Keramikring und Sinterstahlteil eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung hergestellt
werden soll. Als Sinterstahl für das Teil 1 wurde ein Fe-Si-P-Sinterstahl mit 1,75 Gew. -% Si und 0,5 Gew.-/?
P gewählt. Der Keramikring 2 besteht aus fertig gesintertem Aluminiumoxid. Zur Herstellung der flüssigkeits-
und gasdichten Verbindung zwischen diesen beiden Teilen wird der fertig gesinterte Keramikring 2
mit etwas Spiel in die Vertiefung des noch nicht gesinterten Teils 1 eingelegt und das Ganze bei 1150 °C
60 Minuten lang gesintert, wobei eine Dichte des Sinterstahlteils von 7,3 g/cm erreicht wurde und ein
linearer Schwund von 1,8 % eintrat. Statt der oben angegebenen Legierung kann beispielsweise auch eine
Sinterlegierung mit 3 Gew.-% Mo; 3 Gew.-% Ni;
0,1*5 Gev.-% Pj Rest Fe verwendet werden.
Um nun zu zeigen, in welcher Weise und wie genau es.auf
die Abmessungsverhältnisse zwischen Innendurchmesser und Wandstärke der Sinterstahlaufnahme und Außendurchmesser
des Keramikringes ankommt, sollen im folgenden an zwei Versuchsreihen diese Zusammenhänge an einem Beispiel
mit ganz speziellen Abmessungen aufgezeigt werden. Diese Ausführungen zeigen zugleich, wie in einfacher Weise
für andere geometrische Formen des Sintermetallteils die optimalen Abmessungsverhältnisse gefunden werden
könne-n.
Bei den Versuchsreihen hatte der Aluminiumoxidring die stets gleichbleibenden Fertigmaße Außendurchmesser
27 »17 mm, Innendurchmesser 17,2 ram und Höhe k mm. Für
/"*<
das Sinter stahlteil wurde in der ersten Versuchsreihe
ein Außendurchmesser D von 39 mm gewählt, während der
3«
Innendurchmesser D. von 27»3 - 27,6 mm variiert wurde·.
Bei der zweiten Versuchsreihe wurde ein Außendurchmesser D von 36 mm gewählt und der Innendurchmesser
a
D. von 27s3 - 27s5 mm variiert. Die Tabelle zeigt die
Ergebnisse dieser beiden Versuchsreihen, wobei die Dichtheit der Verbindung dadurch geprüft wurde, daß
Luft bzw. Wasser in die Verbindungsstelle hineingedrückt wurden und die Zeit gemessen wurde, die bis
zum ersten Austritt des Prüfmediums auf der anderen Seite verging. In dem Teil der Tabelle "Dauer der
^ Druckbelastung in Minuten" ist entweder diese Zeit
angegeben oder aber es wurde ein "-"-Zeichen oder ein "+"-Zeichen gesetzt, wobei das Minuszeichen bedeutet,
daß das Prüfmedium die Verbindungsstelle sofort nach dem Druckaufbau durchfließt, während das
Pluszeichen bedeutet, daß nach einer Prüfdauer von 5 Minuten noch kein Prüfmedium aus der Verbindungsstelle
ausgetreten war. Allgemein zeigt sich aus den Ergebnissen, daß die Verhältnisse hinsichtlich der
Flüssigkeitsdichtheit weit weniger kritisch sind als hinsichtlich der Gasdichtheit. Bei der Flüssigkeitsdichtheit darf lediglich die Differenz zwischen Außen-
durchmesser des Keramikringes und Innendurchmesser der Vertiefung nicht zu groß werden, weil sonst keine wirkliche
Verbindung zwischen "beiden Teilen zustandekommt.
Dagegen sieht man aus den Ergebnissen der Luftdruck-Prüfung,'
daß es hier sehr empfindlich auf die Abmessungsverhältnisse
ankommt. So zeigt sich bei der Versuchsserie mit D =39 mm, daß ein Innendurchmesser D. von
a ι
27 j 3 mm ein Optimum darstellt, während bei großer werdendem
Innendurchmesser die Gasdichtheit infolge zu großen Spiels immer schlechter wird, bis bei einem
Innendurchmesser von 27,6 mm schließlich gar keine Verbindung zwischen Ring und Gehäuse mehr vorhanden ist.·
Vergleicht man dies mit den Ergebnissen der Versuchsreihe mit einem Außenäurchmesser D von 36 mm, so
sieht man, daß hier das Optimum bei einem Innendurchmesser D. bei 27s^ mm liegt, daß also bei einer geringeren
Wanddicke ein größeres Spiel notwendig ist, da bei einem zu geringen Spiel der oben bereits angedeutete
Effekt auftritt, daß die Vertiefung durch die beim Schrumpfen auftretenden Kräfte zum Teil weggedrückt
wird, so daß keine ausreichende Verbindungsfläche zwischen dem Keramikring und dem Sinterstahlteil
mehr vorhanden ist.
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-9-
Ergebnisse der beiden Versuchsreihen
Prüfkörper | D. | Dauer der Druckbelastung in Min. | 2 bar | - | bei Wasserdruck von | 2 bar | k bar |
27,3 | bei Luftdruck von | 0,5 | 0,5 | 1 bar | + | + | |
D . a |
27,35 | 1 bar | - | - | + | + | + |
39 | 27, * | + | - | + | + | + | |
39 | 27,5 | 1,5 | - | + | + | + | |
39 | 27,6 | 1 | keine Verbindung ζ | + | Ring un | d Gehäuse | |
39 | 27,3 | 0,5 | 0,2 | wischen | + | + | |
39 | 27, h | + | + | + | + | ||
36 | 27,5 | 0,5 | + | + | + | ||
36 | + | ||||||
36 | |||||||
Claims (1)
- • ·R. 6 5 28Pf/Ja 25-8.I98ORobert Bosch"GmbH, TOOO Stuttgart 1Ansprücheι 1. Verfahren zum flüssigkeits- und gasdichten Verbinden von Keramik- und Sintermetallbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein fertig gesintertes Keramikteil (2) in eine Vertiefung eines beim Sintern schwindenden Preßkörpers (1) aus Sinterstahl eingelegt und das Ganze dann gesintert wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch die Verwendung eines Sintermetalls mit einer Raumerfüllung im fertig gesinterten Zustand ^ 92$ und einer linearen Schwindung > 0,8 %.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwindung des Sintermetalles umso größer gewählt wird, je größer das Spiel zwischen Keramik-Außenbegrenzung und Vertiefungs-Innenbegrenzung ist.» tf φ«6 5 2U. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen Keramik- Außenbegrenzung und Vertiefungs-Innenbegrenzung umso größer gewählt wird, je kleiner die Wanddicke des die Vertiefung bildenden Teils des Sinterstahl-Preßkörpers ist.5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Fe-Si-P-Sinterstahls mit 1,75 Gew.-^ Si und 0,5 Gew.-% P, Rest Fe.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |