CH667895A5

CH667895A5 - Pumpen-fluegelrad und verfahren zur herstellung desselben mittels ko-spritzgiessen.

Info

Publication number: CH667895A5
Application number: CH1807/84A
Authority: CH
Inventors: Peter N Cholakis
Original assignee: Wright Barry Corp
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1988-11-15
Also published as: IT8447994A0; DE3413647A1; IT8447994A1; JPS59206692A; IT1177649B; FR2544401B1; GB8407854D0; GB2137922A; GB2137922B; US4512720A; FR2544401A1; CA1214608A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpen-Flügelrad und ein Verfahren zur Herstellung desselben mittels Ko-Spritzgiessen. Derartige Pumpen-Flügelräder eignen sich für Fluid- (d.h.: Flüssigkeits- oder Gas-)Durchsatzpumpen.

Es ist eine Anzahl unterschiedlicher Arten von Fluid-Pumpen bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem solche Arten von Pumpen, die rotierende Flügelräder verwenden, und insbesondere diejenigen, bei denen das Flügelrad mit elastischen Lamellen versehen ist. Ein typisches Beispiel für solche Pumpen sind Verdrängungspumpen mit flexiblen Radschaufeln. Diese Pumpen bestehen aus einem Pumpengehäuse und einem Flügelrad in Form eines exzentrisch befestigten Rotors, der mit einer Mehrzahl von elastisch deformierbaren Radschaufeln versehen ist, die so bemessen sind, dass sie die Innenwand des Pumpengehäuses berühren. Das Flügelrad ist innerhalb des Pumpengehäuses biegevorbelastet, um eine bewegliche Abdichtung zwischen dem Flügelrad und dem Gehäuse zu bilden und hierdurch mittels eines «Wischervorganges» einen wirksamen Fluid-Durchsatz sicherzustellen: ein elastisches Deformieren der Radschaufeln durch das Pumpengehäuse führt zu einem exzentrisch verteilten Volumen zwischen dem Flügelrad und dem Gehäuse, und ein Rotieren des Flügelrades bewirkt ein Verdrängen des Fluids. Da die Radschaufeln des Flügelrades flexibel sein müssen (um beispielsweise als eine Abdichtung zwischen dem Flügelrad und dem Gehäuse zu wirken), während der Kernbereich des Flügelrades im wesentlichen starr sein muss (um beispielsweise eine notwendige konstruktive Befestigung an einer Welle vorzusehen), sind solche Flügelräder, sofern sie aus einem einzigen Werkstoff gefertigt sind, bestenfalls ein Kompromiss. Typischerweise werden daher Flügelräder, die flexible Radschaufeln aufweisen, mit einem metallenen Kern hergestellt, der, falls zum Zusammenarbeiten mit einer Welle notwendig, verkeilt ist und mit dem eine Mehrzahl von elastischen Radschaufeln verbunden ist.

Aus der Konstruktionsweise solcher Pumpen-Flügelräder erwächst eine Anzahl von Problemen. Beispielsweise erfordert das Herstellen eines solchen Flügelrades das Ziehen über Formen oder das Zusammenbauen und auf sonstige Weise zu bewerkstelligende Verbinden der Radschaufeln mit einem getrennt davon hergestellten (im allgemeinen gegossenen und maschinell bearbeiteten) metallischen Kern. Dieser Kern muss typischerweise vor dem Anbringen der Radschaufeln gesäubert und mit einem Klebevorbehandlungsstoff bearbeitet werden, und sofern die Radschaufeln an den Kern angespritzt werden, muss die Temperatur während des Aushärtvorganges sorgfältig überwacht werden. Daraus folgt, dass dieses Herstellungsverfahren eine Anzahl unterschiedlicher Schritte mit damit verbundenen Auswirkungen auf die Stückkosten erfordert. Es ist auch ersichtlich, dass ein fehlerhaftes Ausführen dieser Schritte zu einer lediglich schwachen Verbindung zwischen dem Kern und den Radschaufeln führen kann. Werden Pumpen mit solchen Flügelrädern nach dem Stand der Technik dazu verwendet, korrodierende Fluide zu fördern, so ist darüber hinaus der Kern, obwohl er in grossem Masse durch die ihn umgebenden Radschaufeln aus elastischem Material von dem Fluid isoliert ist, nicht vollständig isoliert, und demzufolge kann eine gewisse Korrosion des Kerns auftreten.

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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Pumpen-Flügelrad vorzusehen und ein Verfahren zur Herstellung desselben, bei denen nur geringes oder kein maschinelles Bearbeiten oder Zusammenbauen erforderlich ist.

Es ist darüber hinaus ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Pumpen-Flügelrad vorzusehen, das eine hervorragende Verbindung zwischen dem Kern und den Radschaufeln aufweist.

Ferner ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Pumpen-Flügelrad vorzusehen, das einen hervorragenden Widerstand gegenüber Umwelteinflüssen aufweist.

Diese und weitere Ziele werden dadurch erreicht, dass das Flügelrad aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen unter Verwendung eines Ko-Spritzgiessverfahrens gefertigt wird. Der zum Herstellen des Kerns verwendete erste Kunststoff ist ein starrer thermoplastischer Werkstoff. Der zum Herstellen der Radschaufeln verwendete zweite Kunststoff ist ein thermoplastisches Elastomer. Der zuletzt genannte Kunststoff wird nach dem starren thermoplastischen Werkstoff eingespritzt. Diese Reihenfolge des Spritzgiessens wird vorgeschlagen, um eine ordnungsgemässe Verbindung der beiden Werkstoffe zu erzielen.

Es ist einleuchtend, dass das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung die Kompliziertheit von Herstellungsverfahren nach dem Stande der Technik vermeidet oder verringert und dabei die Kosten der so hergestellten Flügelräder günstig beeinflusst. Es ist ebenfalls einleuchtend, dass das Verfahren, das Elastomer einzuspritzen, während der Kern noch aushärtet, zwischen Kern und Radschaufel eine Verbindung hoher Elastizität liefert, ohne zusätzliche Schritte, wie beispielsweise Säubern und Aufbringen eines Klebevorbe-handlungsstoffes auf einen metallischen Kern, zu erfordern und auch keine strenge Kontrolle von Spritztemperaturen und -drücken erfordert. Es ist ferner einleuchtend, dass mit Hilfe einer geeigneten Auswahl thermoplastischen Werkstoffs eine verbesserte Korrosionsfestigkeit des Kerns im Vergleich mit einem metallischen Kern erzielt werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Pumpe mit einem Flügelrad gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 bis 4 auf verschiedenen Stufen des erfindungsge-mässen Herstellungsverfahrens Schnitte durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Spritzgiessvorrichtung und eines Flügelrades, wobei der Schnitt längs einer der Linie 2-2 in Fig. 1 entsprechenden Linie verläuft.

Bei den verschiedenen Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern ähnliche Elemente.

In Fig. 1 ist eine Pumpe 10 dargestellt, die ein Flügelrad 18 und ein Gehäuse 12 aufweist, die mit einer Eingangsleitung 14 und einer Ausgangsleitung 16 verbunden ist und mit diesen in bezug auf Fluide kommuniziert. Das nachstehend noch genauer beschriebene Flügelrad 18 weist einen Kern 20 und eine Radschaufelanordnung 22 auf. Im Betriebszustand ist das Flügelrad 18 an einer Welle 24 befestigt und wird von dieser angetrieben, um ein Fluid 26 zwischen der Eingangsleitung 14 und der Ausgangsleitung 16 zu verdrängen, wie dies nach dem Stand der Technik bei Fluidpumpen bekannt ist.

Das Flügelrad 18 ist bei genauerem Betrachten ein zweiteiliges Element, das aus dem Kern 20 und der Radschaufelanordnung 22 besteht. Der Kern 20 ist aus einem im wesentlichen starren Werkstoff aus einem thermoplastischen Polymer gefertigt, während die Radschaufelanordnung 22 aus einem thermoplastischen Elastomer gefertigt ist. (Der Ausdruck «im wesentlichen starrer Werkstoff aus einem thermoplastischen Polymer», wie er hier benützt wird, bedeutet einen festen, im wesentlichen starren Werkstoff, der die Eigenschaft hat zu schmelzen (d.h.: weich zu werden bis zu dem Punkt, bei dem er eine Flüssigkeit wird), wenn er auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird und sich zu verfestigen und erneut fest und im wesentlichen starr zu werden, wenn er auf Zimmertemperatur [d.h.: 20 °C (70 °F)] abgekühlt wird, und der Ausdruck «thermoplastisches Elastomer» bedeutet einen festen Werkstoff, der die Eigenschaft hat zu schmelzen, wenn er auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird, und sich zu verfestigen und zu einem Festkörper zu werden, der elastisch ist und sich wie ein Elastomer verhält, wenn er auf Zimmertemperatur abgekühlt wird). Diese thermoplastischen Werkstoffe können aus einer einzigen Substanz aus einem thermoplastischen Polymer oder aus einer Mischung solcher Substanzen bestehen, mit oder ohne Additiven, wie beispielsweise Kolorante, Weichmacher, Antioxidantien, Stabilisatoren und andere zweckmässige Zutaten, die auf geeignete Weise eine oder mehr der physikalischen Eigenschaften der thermoplastischen Substanz modifizieren. Es versteht sich, dass das im wesentlichen starre thermoplastische Polymer teilweise ein Elastomer aufweisen kann, während gleichfalls das Elastomer Polymere aufweisen kann, die normalerweise als im wesentlichen starr angesehen werden.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist es ferner erforderlich, dass der Kern 20 und die Radschaufelanordnung 22 durch Spritzgiessen ausgebildet werden. Der im wesentlichen starre thermoplastische Werkstoff und das thermoplastische Elastomer müssen daher Werkstoffe sein, die sich zum Spritzgiessen eignen. Diese Spritzgiess-Werkstoffe können mit Mehrheit aus einem oder mehr Polymeren und/oder einem oder mehr Copolymeren bestehen oder aus diesen hergestellt sein. Die zum Herstellen des Kerns 20 und der Radschaufelanordnung 22 verwendeten Werkstoffe sollten zusätzlich miteinander in dem Sinne verträglich sein, dass sie sich miteinander verbinden lassen mittels Schmelzen (d.h. : durch Berühren der Werkstoffe, wenn sich zumindest einer davon in einem flüssigen Zustand befindet, und Abkühlen des im flüssigen Zustand befindlichen Werkstoffes, bis sich dieser verfestigt hat und mit dem anderen Werkstoff, ohne dass Klebestoffe benötigt würden, eine Verbindung ausgebildet hat) oder auf chemische Weise (d.h.: durch Vernetzung). Vorzugsweise ist der Kern 20 aus einem Werkstoff gebildet, der einen Biegemodul in Höhe von 28 000 kg cm"2 (400 000 psi) aufweist, während die Radschaufelanordnung 22 aus einem weichen thermoplastischen Elastomer ausgebildet ist, das einen «Shore A»-Härtemesser-Skalenwert von im wesentlichen zwischen 35 und 85 aufweist. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel ist der Kern 20 aus Polystyrol gefertigt, welches einen Biegemodul von ungefähr 33 000 kg cm-2 (465 000 psi) aufweist, und die Radschaufelanordnung 22 ist aus einer Butadien-Styrol-Verbindung gefertigt, die einen «Shore A»-Härtemesser-Wert von 55 aufweist.

Der Kern 20 und die Radschaufelanordnung 22 weisen, wie in den Zeichnungen dargestellt, scharf abgegrenzte Ränder auf, da die Grenzflächen zwischen diesen Teilen, wie unten näher ausgeführt, im wesentlichen frei von jeglicher Vermischung oder Verschmelzung der thermoplastischen Werkstoffe sind.

Aus den Fig. 1 und 4B lässt sich ersehen, dass der Kern 20 des Flügelrades 18 vorzugsweise eine gerade, kreiszylindrische Form aufweist und ferner mit einer koaxialen zylindrischen Bohrung 28 und einer Keilnut 30 versehen ist, die so bemessen und so angeordnet ist, dass sie auf sichere Art und Weise mit einer darauf abgestimmten Welle 24 verbunden sind. Die Radschaufelanordnung 22 umgibt den Kern 20 und erstreckt sich von diesem weg. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Radschaufelanordnung 22 eine im wesentlichen mit Einkerbungen versehene zylindrische Form,

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an deren Umfang abwechselnd Radschaufeln 32 und Rinnen 34 angeordnet sind. Planflächen 36 der Radschaufelanordnung 22 verlaufen vorzugsweise im wesentlichen koplanar mit Planflächen 38 des Kerns 20.

Die Radschaufelanordnung 22 ist mit dem Kern 20 über eine im wesentlichen zylindrische Fläche 40 verbunden. Wird das Flügelrad 18 im nachstehend beschriebenen Spritzgiess-verfahren hergestellt, so tritt im wesentlichen keine Verschmelzung oder Vermischung des einen Werkstoffes in den oder mit dem anderen Werkstoff auf. Zusätzlich tritt auch keine oder nur eine geringfügige Verwindung des einen Werkstoffes durch den anderen längs der Grenzbereiche auf. In einer Untersuchung von erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen wurde festgestellt, dass die Grenzen zwischen einem thermoplastischen Elastomer aus Butadien-Styrol (wie es für die Radschaufelanordnung 22 verwendet wurde) und einem Polystyrol (wie es für den Kern 22 verwendet wurde) einen Grenzschicht-Bereich (der Bereich von Diffusion oder Vermischung des einen Werkstoffes in den oder mit dem anderen, entsprechend der Fläche 40) und einen zugehörigen Verbindungsbereich mit einer Dicke der Grössenordnung von lediglich 2,54 x IO"6 cm (1 x 10"6 inch) aufweisen. Die Verbindung zwischen dem Elastomer und dem thermoelastischen Werkstoff ist gleichwohl kräftig genug, dass die Vorrichtung zufriedenstellend als Flügelrad arbeiten kann.

Das in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Flügelrad aus Fig. 1 ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellt mittels einer Ko-Spritzgiessvorrichtung 42, die im wesentlichen zwei relativ zueinander bewegliche Formen-Teile 44 und 46 aufweist. Wie am besten in Fig. 4A zu erkennen ist, weist das Formen-Teil 44 eine profilierte Innenfläche auf, die drei unterschiedliche Bereiche 47, 48 und 50 umfasst und ferner einen zugehörigen zentralen Stiel 52 mit ein-schliesst. Der Bereich 47 ist eine im wesentlichen ebene Fläche von derselben Ausdehnung und Ausbildung wie eine Zusammensetzung der Planflächen 36 und 38 des Flügelrades 18. Der im wesentlichen normal zu dem Bereich 47 verlaufende Bereich 48 ist so ausgebildet und bemessen, dass er den Radschaufeln 32 und den Rinnen 34 der Radschaufelanordnung 22 des Flügelrades entspricht. Der Bereich 50 ist ein Zylinder desselben Ausmasses wie der Aussendurchmesser des Flügelrades 18 und ist im wesentlichen koaxial zu dem Bereich 48 angeordnet. Der Stiel 52 ist ein zylindrischer Stiel desselben Durchmessers wie der Innendurchmesser der Bohrung 28 und ist mit einem Keil 54 versehen, der der Keilnut 30 entspricht. Es versteht sich für den Fachmann, dass sowohl der Stiel 52 als auch der Keil 54 mit geeigneten Verjüngungen versehen sein können, um ein Zusammenpassen mit dem Formen-Teil 46 zu erleichtern. Das Formen-Teil 44 weist ferner zwei Einspritzöffnungen 56 und 58 auf, die jeweils mit dem Inneren der Form über den Bereich 47 innerhalb bzw. ausserhalb eines Radius' kommunizieren, der der zylindrischen Fläche 40 des Flügelrades 18 entspricht. Es versteht sich für den Fachmann, dass das Formen-Teil 44 auch mit einem oder mehr Führungsstiften 60 versehen ist, um ein ordnungsgemässes Ausrichten des Formen-Teiles 42 sicherzustellen. Es versteht sich ferner, dass das Formen-Teil 44 mit geeigneten (nicht dargestellten) Auswurfvorrichtungen versehen sein kann, um das Herausnehmen eines fertiggestellten Teiles aus der Form zu erleichtern.

In Fig. 4C lässt sich das Formen-Teil 46 erkennen. Dieses Formen-Teil 46 weist einen inneren Bereich auf, der einen zylindrischen Hohlraum 62 und eine Durchgangsbohrung 64 definiert. Der zylindrische Hohlraum 62 weist im wesentlichen dieselben Abmessungen auf wie die Aussenabmessun-gen des Kerns 20 des Flügelrades 18. Die Bohrung 64 ist so bemessen, dass sie den Stiel 52 des Formen-Teiles 44 aufnimmt und weist ferner eine ausgesparte Kerbe 66 auf, die so bemessen ist, dass sie den Keil 54 aufnimmt. Das Formen-Teil 46 ist ebenfalls mit einer profilierten Aussenfläche 68 versehen, die so ausgebildet und bemessen ist, dass sie mit dem Bereich 48 der inneren Fläche des Formen-Teiles 44 einen dichten Gleitsitz bildet, und ist mit einer zylindrischen Aussenfläche 40 versehen, die so bemessen ist, dass sie mit dem Bereich 50 der inneren Fläche einen dichten Gleitsitz bildet. Die obere Fläche 72 des Formen-Teiles 46 ist im wesentlichen planpoliert. Das Formen-Teil 46 ist vorzugsweise ferner mit geeigneten Öffnungen 74 versehen, die so angeordnet und bemessen sind, dass sie die Führungsstifte 60 des For-men-Teiles 44 aufnehmen.

Die Formen-Teile 44 und 46 sind (durch herkömmliche, nicht dargestellte, jedoch dem Spritzgiess-Fachmann bekannte Mittel) so abgestimmt, dass sie sich relativ zueinander längs der Achse des Stiels 52 bewegen, so dass die Formen-Teile, wie nachstehend beschrieben, relativ zueinander an ausgewählten Stellen längs dieser Achse angeordnet werden können.

Das Flügelrad 18 wird hergestellt, indem die Formvorrichtung der Fig. 2 bis 4 gemäss dem folgenden Verfahren verwendet werden. Zunächst werden die Formen-Teile 44 und 46 in der in Fig. 2 dargestellten völlig geschlossenen Position (die erste Einspritzposition) angeordnet, und es wird ein geeigneter flüssiger thermoplastischer Spritegiess-Werkstoff, der die Eigenschaft hat, sich zu einem starren oder nahezu starren Festkörper zu verfestigen (beispielsweise Polystyrol), über die Einspritzöffnung 56 in den durch den Hohlraum 62 des Form-Bereiches 46 und den Bereich 47 und den Stiel 52 des Form-Bereiches 44 definierten Hohlraum eingespritzt. Auf diese Weise wird der Kern 20 ausgebildet.

Sodann werden die Formbereiche 44 und 46 so weit von einander getrennt, bis die äussere Kante des Flächenbereiches 48 des Form-Bereiches 44 mit der Fläche 72 des Formbereiches 46 auf gleicher Höhe liegt, wodurch, wie in Fig. 3 dargestellt, ein zweiter Hohlraum 76 gebildet wird (die zweite Einspritzposition). Ein geeigneter flüssiger thermoplastischer Spritzgiess-Werkstoff, der die Eigenschaft hat, sich zu einem festen Werkstoff mit den Eigenschaften eines Elastomers zu verfestigen (beispielsweise Butadien-Styrol), wird in den Hohlraum 76 über die eine oder mehr Einspritzöffnungen 58 eingespritzt, um so die Radschaufelanordnung 22 auszubilden. Dieser Einspritz-Schritt wird durchgeführt, nachdem der in den Hohlraum 62 zum Ausbilden des Kerns 20 eingespritzte Werkstoff sich genügend verfestigt hat oder zäh genug geworden ist, dass er nicht durch den über die Öffnung 58 eingespritzten Werkstoff verschoben oder verzogen wird, jedoch weich genug ist, um durch Verschmelzen an dem Elastomer-Werkstoff zu kleben. Der zweite Einspritz-Schritt wird somit durchgeführt, während der den Kern 20 bildende Werkstoff noch heiss ist, jedoch nachdem er zu einem Festkörper erstarrt ist. Durch geeignete Wahl von Spritzgiess-Werkstof-fen ist es möglich, dass innerhalb einer so kurzen Zeit wie 1 bis 3 Sekunden, nachdem er Hohlraum 62 gefüllt wurde, der zweite Hohlraum 76 gefüllt wird, wodurch eine zufriedenstellende Verbindung zwischen den Teilen aus einem Elastomer bzw. einem Nicht-Elastomer längs einer dünnen, nicht-verzogenen Grenzfläche 40 erzielt wird.

Nachdem schliesslich die Radschaufelanordnung 22 zu einem Festkörper erstarrt ist, werden die Formen-Teile 44 und 46 völlig getrennt, wie dies in den Fig. 4A und 4C dargestellt ist, worauf das fertiggestellte Flügelrad 18 (Fig. 4B) von der Form weggenommen und zum Abkühlen beiseite gelegt werden kann. Danach können die Formen-Teile für den nächsten Spritzgiess-Vorgang in die in Fig. 2 dargestellte Position zurückgebracht werden.

Bei der bevorzugten Anwendungsform der Erfindung wird der Kern 20 aus Polystyrol spritzgegossen, das sich so

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verfestigt, dass es einen Biegemodul von ungefähr 33 000 kg cm-2 (465 000 psi) aufweist, und die Radschaufelanordnung 22 wird aus einem Butadien-Styrol-Copolymer gefertigt, das sich so verfestigt, dass es, gemessen nach der «Shore A»-Skala, einen Härtemesser-Skalenwert von zwischen ungefähr 35 und 85 (je nach der für die Radschaufeln des Flügelrades gewünschten Flexur) aufweist, wobei das Polystyrol vorzugsweise der von Shell unter dem Handelsnamen Shell DP 203 verkaufte Werkstoff und das Butadien-Styrol der Werkstoff ist, der von Shell als thermoplastischer Kautschuk der Serie mit dem Handelsnamen Kraton 3000 verkauft wird. Die geeigneten Temperaturen und Drücke bestimmen sich nach den Merkmalen der verwendeten Werkstoffe (beispielsweise wird der vorgenannte Polystyrol-Spritzgiess-Werkstoff mit einem Druck von ungefähr 350 kg cm-2 (5000 psi) und einer Temperatur von ungefähr 150 °C (390 °F) eingespritzt, und der vorgenannte Butadien-Styrol-Spritzgiess-Werkstoff wird in den Hohlraum 76 bei einem Druck von ungefähr 420 kg cm-2 (6000 psi) und einer Temperatur von ungefähr 150 °C (390 °F) eingespritzt. Der letztere Einspritz-Schritt sollte ungefähr 1 bis 3 Sekunden nach Beendigung des Einspritzens der Polystyrol-Spritzgiess-Komponente in den Hohlraum 62 erfolgen. Die Einspritz-Werkstoffe werden während der beiden Einspritz-Schritte auf einer Temperatur von ungefähr 150 °C (390 °F) gehalten, die Form wird jedoch während des Spritzgiess-Verfahrens auf einer Temperatur von ungefähr 40 bis 65 °C (100bis 150 °F) gehalten. Ungefähr 1 Minute, nachdem der zweite Einspritz-Schritt abgeschlossen ist, wird die Form geöffnet und das fertiggestellte Teil entnommen. Das spritzgegossene Teil wird sodann beiseite gelegt und kann sich auf Zimmertemperatur abkühlen, bevor es verpackt wird. Der fertiggestellte Gegenstand weist eine Schubfestigkeit der Verbindung zwischen dem Kern 20 und der Radschaufelanordnung 22 von wenigstens 28 bis 35 kg cm-2 (400 bis 500 psi) und für gewöhnlich zwischen ungefähr 42 und 56 kg cm"2 (600 und 800 psi) auf, verglichen mit der typischen Verbindungsfestigkeit von ungefähr 35 kg cm"2 (500 psi) zwischen dem metallischen Kern und Radschaufelanordnungen aus einem Elstomer herkömmlicher Metall-Elastomer-Flügelrä-der.

Es sei vermerkt, dass das Einspritzen des Elastomer-Werkstoffes im Anschluss an das Einspritzen des starren Werkstoffes kritisch ist. Es wurde herausgefunden, dass sich kein zufriedenstellendes Flügelrad erzielen lässt, wenn das Elastomer zur selben Zeit eingespritzt wird wie oder vor dem starren Werkstoff, da unter den Druckerfordernissen zum Einspritzen des starren Kunststoffmaterials in den Hohlraum 62 das Elastomer sich in dem Hohlraum 76 einer Deformation nicht widersetzen kann. Dies gilt selbst dann, wenn das Elastomer völlig ausgehärtet ist, bevor der Werkstoff aus einem Nicht-Elastomer eingespritzt wird. Nur dann, wenn das Einspritzen des Elastomers verzögert wird, bis sich das starre Kunststoffmaterial ausreichend so verfestigt hat, dass es einer Deformation unter den zum Einspritzen des Elastomer-Werkstoffes erforderlichen Drücken standhält, ist es möglich, eine genügend starke Verbindung zwischen dem Elastomer und dem thermoplastischen Teil und gleichfalls eine genaue Übereinstimmung zwischen den Flügelrad-Teilen und der Gestalt der beiden Form-Hohlräume zu erzielen.

Die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellten Flügelräder besitzen eine Anzahl von Vorteilen gegenüber den gemäss dem Stand der Technik hergestellten. Beispielsweise wird bei dem vorliegenden Verfahren die Herstellung eines Flügelrades mit weniger Schritten erzielt als beim Stande der Technik, bei dem ein metallischer Kern gegossen, maschinell bearbeitet, gesäubert und sodann mit einem Klebevorbehand-lungsstoff bearbeitet wird, bevor die Radschaufelanordnung angegossen wird. Des weiteren lässt sich, wie vorstehend ausgeführt, durch die vorliegende Erfindung eine verbesserte Verbindung zwischen der Radschaufelanordnung und dem Kern des Flügelrades erzielen, verglichen mit Metall-Elastomer-Flügelrädern nach dem Stand der Technik. Folglich lässt sich sowohl ein kostengünstigeres als auch ein zuverlässigeres Produkt erzielen. Die durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellten Flügelräder lassen sich ferner auch noch durch eine geeignete Wahl von Werkstoffen gegenüber Umgebungsfaktoren widerstandsfähiger machen.

Es versteht sich, dass verschiedene Abänderungen sowohl bei dem Verfahren als auch bei dem Gegenstand vorgenommen werden können, ohne die Lehre der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So braucht beispielsweise der Kern 20 nicht zylindrisch zu sein und kann beispielsweise einen polygonalen Querschnitt aufweisen oder mit einem gerändelten Umfang versehen sein, um die Verbindung zwischen dem Kern und der Radschaufelanordnung zu verbessern. Ferner brauchen auch die Radschaufeln 32 nicht, wie dargestellt, Kerbungen aufweisen, sondern können eine Vielzahl von Formen aufweisen (beispielweise paddel-, pfannenförmig oder dergleichen). Das Flügelrad 18 kann sogar so ausgebildet sein, dass es anstelle ebener Planflächen 38 und 36 konisch ausgebildet ist.

Sodann kann die Radschaufelanordnung 22 auch aus einer abgestuften Serie von Elastomeren gefertigt sein, die nacheinander in eine mehrstufige Form eingespritzt werden. Es kann sogar vorteilhaft sein, dass der Kern 20 aus einem anderen Werkstoff als Polystyrol gefertigt ist, beispielsweise Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethyl-Methacrylat (beispielsweise Plexiglas), ein Polypropylen-Polymer oder dergleichen. Ebenso kann auch die Radschaufelanordnung 22 aus einer Vielzahl von Werkstoffen anstelle von Butadien-Sty-rol gefertigt sein. In diesem Zusammenhang sei vermerkt,

dass der Ausdruck «thermoplastisches Elastomer» ein dem Fachmann bekannter Ausdruck ist, wie dies nachgewiesen ist durch Tobolsky et al.: «Polymer Science and Materials»,

Seite 277, Wiley-Interscience (1971), und dass es eine Vielzahl solcher Werkstoffe gibt, wie dies offenbart ist durch B. A. Walker, «Handbook of Thermoplastic Elastomers» (1979). Die zum Herstellen des Kerns 20 und der Radschaufelanordnung 22 verwendeten Werkstoffe können ferner, wie vorstehend vermerkt, Gemische von Werkstoffen sein (beispielsweise kann das thermoplastische Polymer-Material des Kerns 20 ein Gemisch von Werkstoffen sein, die ein Elastomer enthalten). Die jeweilige Auswahl von Paaren miteinander verträglicher, durch Verschmelzen oder auf chemischem Wege miteinander verbindbarer Werkstoffe wird dabei von verfahrenstechnischen Überlegungen abhängen.

Da diese und weitere Abänderungen bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der hier offenbarten Erfindung zu verlassen, ist das Vorstehende lediglich zur Erläuterung und nicht als Einschränkung aufzufassen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Pumpen-Flügelrad, gekennzeichnet durch einen Kernbereich (20) aus einem Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer und einen Radschaufelbereich (22), der den Kernbereich (20) umgibt und an diesem befestigt ist, wobei dieser Radschaufelbereich (22) eine Mehrzahl von Radschaufeln (32) aufweist und aus einem Werkstoff aus einem thermoplastischen Elastomer gefertigt ist und an den Kernbereich (20) durch unmittelbare Verbindung zwischen dem Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer und dem Werkstoff aus einem thermoplastischen Elastomer befestigt ist.

2. Pumpen-Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschaufelbereich (22) mit dem Kernbereich (20) verbunden ist infolge unmittelbaren Anschmelzens des Werkstoffes aus einem thermoplastischen Elastomer an den Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Pumpen-Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschaufelbereich (22) mit dem Kernbereich (20) verbunden ist infolge eines chemischen Verbindens des Werkstoffes aus einem thermoplastischen Elastomer mit dem Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer.

4. Pumpen-Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet, durch wenigstens eine Verbindungs-Grenzschicht (40) zwischen dem Kernbereich (20) und dem Radschaufelbereich (22), die eine Tiefe in der Grössenordnung von 2,5 x IO-6 cm (1 x IO-6 inch) aufweist.

5. Pumpen-Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich (20) aus Polystyrol gefertigt ist und einen Biegemodul von über 28 000 kg cm-2 (400 000 psi) aufweist.

6. Pumpen-Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschaufelbereich (22) aus einem weichen Werkstoff gefertigt ist, wobei der Werkstoff einen Härtemesser-Wert nach der «Shore A-Skala von zwischen 35 und 85 aufweist.

7. Pumpen-Flügelrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschaufelbereich (22) aus einem Copoly-mer aus Styrol und Butadien gefertigt ist.

8. Pumpen-Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich (20) röhrenförmig ausgebildet ist.

9. Pumpen-Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschaufelbereich (22) eine mit Einkerbungen versehene zylindrische Form hat.

10. Verfahren zum Herstellen eines Pumpen-Flügelrades nach Anspruch 1, das einen Kernbereich aus einem im wesentlichen starren Werkstoff aus einem thermoplastischen Polymer und einem Radschaufelbereich aus einem Werkstoff aus einem thermoplastischen Elastomer, der den Kernbereich umgibt und mit diesem verbunden ist, aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Spritzgiessen des Kernbereiches in einem ersten Form-Hohlraum und

(b) Spritzgiessen des Radschaufelbereiches in einem zweiten Form-Hohlraum, der um den Kernbereich angeordnet ist, so dass der Werkstoff aus einem thermoplastischen Elastomer unmittelbar mit dem Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer, der den Kernbereich bildet, verbunden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschaufelbereich geformt wird, nachdem der Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer erstarrt ist, jedoch noch nicht seine maximale Härte erreicht hat.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus einem starren thermoplastischen Polymer Polystyrol ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus einem thermoplastischen Elastomer ein Copolymerisat aus Styrol und Butadien ist.