DE10100517B4

DE10100517B4 - Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung und Verfahren zum Herstellen von Flügeln und/oder Rollen für Pumpen

Info

Publication number: DE10100517B4
Application number: DE10100517.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Reuter Wolfgang
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: DE10100517A1

Abstract

Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf Flächen von Flügeln für eine Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpe oder auf Mantelflächen von Rollen für eine Rollenzellenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zusammenhängende Flügel- oder Rollenrohlinge beschichtet werden, wobei die Flügelrohlinge zumindest in ihrer Dicke oder die Rollenrohlinge bezüglich ihres Rollenradius' auf Mass bearbeitet sind, und dass die Flügel- oder Rollenrohlinge nach dem Beschichten vereinzelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf Flächen von Flügeln für eine Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpe oder auf Mantelflächen von Rollen für eine Rollenzellenpumpe sowie Herstellverfahren für derartige Flügel und/oder Rollen.
Verfahren der eingangs genannten Art zum Aufbringen einer Beschichtung auf Flügel oder Rollen der eingangs genannten Pumpen sind bekannt. Als Beschichtung kann eine reib- und/oder verschleißmindernde Schutzschicht auf die Flächen aufgetragen sein. Hierzu ist es bekannt, die auf Maß bearbeiteten Flügel in einer Haltevorrichtung einzuspannen und anschließend einem Beschichtungsvorgang zu unterziehen, um die Schutzschicht herzustellen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die mitunter sehr kleinen Flügel einzeln in diese Haltevorrichtung eingespannt werden müssen. Dies erhöht den Zeitaufwand beträchtlich.
Aus der WO 97/34024 ist ein Beschichtungsverfahren bekannt, bei dem die zu beschichtenden Teile als Schüttgut in eine Beschichtungsanlage eingebracht werden. Bei diesem Schüttgut-Verfahren wird jedoch keine einheitlich dicke Oberflächenbeschichtung erzielt, so dass dieses Verfahren nicht für alle Pumpen der hier angesprochenen Art verwendbar ist, insbesondere dann, wenn die Pumpen auf hohen hydraulischen Wirkungsgrad ausgelegt sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Flügeln beziehungsweise Rollen für Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpen beziehungsweise Rollenzellenpumpen zu vereinfachen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass mehrere zusammenhängende Flügel- oder Rollenrohlinge beschichtet werden, wobei die Flügelrohlinge zumindest in ihrer Dicke oder die Rollenrohlinge bezüglich ihres Rollenradius' vor dem Beschichten auf Maß bearbeitet sind, und dass die Rohlinge nach dem Beschichten als Flügel oder Rollen vereinzelt werden. Dadurch, dass die Flügel- oder Rollenrohlinge zusammen- beziehungsweise aneinanderhängend beschichtet werden, entfällt die eingangs erwähnte einzelne Einspannung der Rohlinge in eine Haltevorrichtung. Außerdem können die Flügel- oder Rollenrohlinge einem Beschichtungsvorgang unterzogen werden, bei dem die Schichtdicke über große Flächenbereiche im Wesentlichen konstant ist. Als Beschichtungsverfahren werden beispielsweise Plasmaverfahren angewandt. Letztlich ist es jedoch auch möglich, das eingangs beschriebene Schüttgut-Verfahren anzuwenden, um die zusammenhängenden Flügel- oder Rollenrohlinge zu beschichten, insbesondere dann, wenn auf sehr hohe Maßhaltigkeit der beschichteten Flügel beziehungsweise Rollen nicht so sehr geachtet werden muss. Nach dem Vereinzeln liegen die Flügel oder Rollen ohne Beschichtung an den Trennflächen vor, so dass die auch nach dem Schüttgut-Verfahren beschichteten Flügel oder Rollen ein exaktes Maß aufweisen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegen die Flügel- oder Rollenrohlinge als Band- oder Stangenmaterial vor, das nach dem Beschichten leicht durch materialabtragende oder trennende Verfahren bearbeitet werden kann, um die Flügel- oder Rollenrohlinge zu vereinzeln. Die nach dem Vereinzeln vorliegenden Flügel oder Rollen weisen an ihren Trennstellen keine Beschichtung auf. Bei Flügelzellenpumpen oder Rollenzellenpumpen, bei denen der die Flügel beziehungsweise Rollen aufnehmende Rotor in einer Pumpenkammer aus einem Hubelement und zwei Druckplatten liegt, ist dies aber auch nicht zwingend notwendig, da zwischen den nicht beschichteten Seitenflächen der Flügel oder Rollen und den benachbart liegenden Druckplatten ein Leckagespalt vorliegen kann, also ein Berührkantakt nicht zwingend vorliegt. Selbst wenn eine Berührung vorliegt, werden jedoch keine Kräfte auf die Druckplatte oder die Flügel beziehungsweise Rollen ausgeübt, die die Flügel oder Rollen an eine der Druckplatten pressen würden. Ein Verschleiß an diesen Berührbereichen tritt somit im Wesentlichen nicht auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Flügel- oder Rollenrohlinge von einem Trägerelement einstückig ausgehen. Die einzelnen Flügel- oder Rollenrohlinge können somit einen Abstand zueinander an dem Trägerelement aufweisen. Sie sind somit bis auf eine Fläche rundum beschichtbar. Bei den Flügeln wird diese in bevorzugter Ausführungsform die Fläche sein, die dem Grund des Schlitzes des Rotors zugewandt liegt.
Liegen die Flügel- oder Rollenrohlinge als Band- oder Stangenmaterial vor, ist die Länge dieses Materials vorzugsweise so bemessen, dass ein Materialrest verbleibt, um das Stangenmaterial handhaben beziehungsweise in einer Halteeinrichtung festlegen zu können, wobei dennoch die zu beschichtenden Flächen vollständig beschichtet werden können.
Für das Vereinzeln der Flügel- oder Rollenrohlinge können materialabtragende oder -trennende Verfahren verwendet werden. Werden materialabtragende Verfahren angewandt, muss für das Endmaß der Flügel- oder Rollenrohlinge der Materialverlust berücksichtigt werden.
In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschichtung als reib- und/oder verschleißmindernde Schutzschicht dient. Die Schutzschichtmaterialien können Titan, Wolfram und/oder Metallcarbide umfassen. Die Schicht kann ein- oder mehrlagig hergestellt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass vor der Beschichtung der Flügelrohlinge an einer Stirnseite eine Kuppe ausgebildet wird, die im Betrieb der Pumpe an einem Konturelement entlanggleitet. Bei Rollen- und Flügelzellenpumpen wird dieses Konturelement vorzugsweise durch einen Hubring gebildet. Bei Sperrflügelpumpen ist dieses Konturelement der Rotor, der verschieden hohe Bereiche aufweist. Mit dem Konturelement wird also bei einer Rotordrehung der Flügel in seinem Schlitz hin und her bewegt. Wird die Kuppe erst nach der Beschichtung der Flügelrohlinge ausgebildet, ist in bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass das Konturelement an seiner mit der Kuppe zusammenwirkenden Fläche eine reib- und/oder verschleißmindernde Schicht aufweist. Es genügt also, wenn eines der gleitenden Elemente die Schutzschicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe auch mit einem Herstellverfahren für Flügel beziehungsweise Rollen für Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpen beziehungsweise Rollenzellenpumpen, das sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass mehrere Rollen- oder Flügelrohlinge einstückig von einem Trägerelement ausgehen. Sie können somit zusammenhängend auf Maß bearbeitet werden. Bei einer anschließenden Beschichtung, wie vorstehend beschrieben, sind sie außerdem leicht handhabbar und können in einer Halteeinrichtung eingespannt werden, die an dem Trägerelement angreift. Die Halteeinrichtung überdeckt dabei keine zu beschichtenden Flächen an den Flügel- oder Rollenrohlingen.
Gelöst wird diese Aufgabe ferner mit einem Herstellverfahren für Flügel für Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpen, bei dem erfindungsgemäß mehrere Flügelrohlinge zusammenhängend als Reihe und zumindest zwei Reihen mit jeweils mehreren Flügelrohlingen zusammenhängend vorliegen. Die Flügelrohlinge können mithin leicht und schnell zumindest auf eine gewünschte Dicke bearbeitet werden. Bei einer anschließenden Beschichtung, wie vorstehend beschrieben, sind die zusammenhängenden Reihen gut handhabbar.
Selbst wenn keine Beschichtung der Flügel- oder Rollenrohlinge erfolgen soll, lassen sich mit den beiden eben beschriebenen Herstellverfahren eine Vielzahl von Flügeln oder Rollen schnell und kostengünstig herstellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel mehrerer zusammenhängender als Stangenmaterial vorliegende Flügelrohlinge,
2 einen vereinzelten Flügel,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel zusammenhängender Flügelrohlinge,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel zusammenhängender Flügelrohlinge,
5a mehrere zusammenhängende als Stangenmaterial vorliegende Rollenrohlinge,
5b eine vereinzelte Rolle, und
6 eine Schnittansicht einer stark vereinfacht dargestellten Pumpeneinheit.
1 zeigt mehrere zusammenhängende Flügelrohlinge 1, die aneinandergereiht als flache Stange 2 vorliegen. Es ist ersichtlich, dass die Länge L der Stange 2 so bemessen ist, dass ein Materialrest 3 verbleibt. An diesem Materialrest 3 kann die Stange 2 für einen nachfolgenden Beschichtungsvorgang in einer hier nicht dargestellten Haltevorrichtung festgelegt beziehungsweise eingespannt werden. Die Breite B der Flügelrohlinge 1 zusammengenommen ist also geringer als die Länge L der Stange 2. Die Breite B der Flügelrohlinge 1 und damit auch die Länge L der Stange 2 sind so bemessen, dass beim Vereinzeln der Flügelrohlinge 1 ein Materialverlust hingenommen werden kann.
Aus 1 ist noch ersichtlich, dass die Flügelrohlinge 1 an ihrer Stirnseite 4 eine Kuppe 5 beziehungsweise Wölbung aufweisen. Diese Kuppe 5 wirkt mit einem weiter unten noch zu beschreibenden Konturelement einer Pumpe, insbesondere Flügel- oder Rollenzellenpumpe, zusammen. Bei der nachfolgenden Beschichtung der Stange 2 beziehungsweise der Flügelrohlinge 1 werden die Seitenflächen 6, die Kuppe 5 und die Rückseite 7 mit einer Schutzschicht versehen. Am Materialrest 3 und an dem untersten Flügelrohling 1 werden zusätzlich die Seitenränder 8 beschichtet. Befindet sich jedoch auch am anderen Ende der Stange 2 ein Materialrest, ist auch der Seitenrand 8 des untersten Flügelrohlings 1 nach der Vereinzelung nicht beschichtet.
Nach dem Beschichten und Vereinzeln der Flügelrohlinge 1 liegt also – gemäß 2 – ein Flügel 9 vor, der mit Ausnahme seiner Seitenränder 8 vollständig mit der Schutzschicht (schraffiert dargestellt) versehen ist. Gleiche Teile wie in 1 sind in 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Insofern wird auf deren Beschreibung verwiesen.
Nach dem Vereinzeln weisen die Flügel 9 eine Breite B auf, die zumindest gleich dem gewünschten Endmaß ist, das durch die Abmessungen einer weiter unten beschriebenen Pumpeneinheit vorgegeben ist. Vorzugsweise ist die Breite B der Flügel 9 nach dem Vereinzeln etwas größer als dieses Endmaß, um eine Feinbearbeitung der Seitenränder 8 durch spanabtragende Verfahren zu ermöglichen. Bei der Feinbearbeitung kann dann das gewünschte Endmaß der Breite B und vorzugsweise auch die gewünschte Flügellänge F hergestellt werden.
Bei einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, dass an der Stirnseite 4 der Flügelrohlinge 1 die Kuppe 5 noch nicht ausgebildet ist, wenn die Stange 2 dem Beschichtungsvorgang zugeführt wird. Die Kuppe 5 kann auch nach der Beschichtung ausgebildet werden, insbesondere dann, wenn die Gleitfläche 10 (6) eines Konturelements 11 einer Pumpe 12 mit einer reib- und/oder verschleißmindernden Schutzschicht ausgestattet ist. Bevorzugt wird die Kuppe 5 jedoch dann hergestellt, wenn nach der Beschichtung die Flügel 9 nach nicht vereinzelt sind.
Unabhängig davon, ob die Kuppe 5 an den zusammenhängenden Flügelrohlingen 1 oder an einzelnen Flügeln 9 hergestellt wird, muss darauf geachtet werden, dass die Wölbung der Kuppe an die Kontur der Gleitfläche 10 angepasst ist. Es wird nach 6 außerdem klar, dass die Stirnseite 4 so bearbeitet werden muss, dass im Wesentlichen kein Spalt zwischen der Stirnseite 4 und der Gleitfläche 10 vorliegt. Die Stirnseite 4 muss im Ausführungsbeispiel nach 6 also gerade ausgebildet sein. In bevorzugter Ausführungsform verläuft die Stirnfläche 4 parallel und mit Abstand zu einer Drehachse 13 eines Rotors 14 der Pumpe 12. Nach der Vereinzelung der Flügelrohlinge 1 kann vorgesehen sein, dass die Breite B auf ein genaues Maß bearbeitet wird, so dass die Flügel 9 exakt zwischen zwei Druckplatten 15 der Pumpeneinheit 16 der Pumpe 12 aufgenommen werden, wobei sich der zwischen den Seitenrändern 8 und der Innenseite der Druckplatten 15 vorliegende Leckagespalt je nach Wahl der Breite B einstellt.
3 zeigt mehrere Flügelrohlinge 1, die an einem Trägerelement 17 einstückig ausgebildet sind. Als Trägerelementrohling kann ebenfalls ein entsprechendes Band- oder Stangenmaterial verwendet werden, aus dem dann die Rohlinge 1 herausgearbeitet werden. An dem Trägerelement 17 kann für die Beschichtung leicht eine Haltevorrichtung angebracht werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass auch die Seitenränder 8 der Flügelrohlinge 1 mit der Schutzschicht beschichtet werden können, da benachbarte Flügelrohlinge 1 einen Abstand A zueinander aufweisen. Lediglich die nach dem Vereinzeln sichtbare Rückseite 7 der Flügel 9 bleibt unbeschichtet. Nach dem Beschichtungsvorgang können die Flügelrohlinge 1 an einer Trennlinie 18 von dem Trägerelement 17 getrennt werden. Vorteilhaft ist es ferner, dass die Flügelrohlinge 1 vor dem Beschichten auf die gewünschte Breite B bearbeitet werden können.
Die Flügelrohlinge 1 können ebenfalls auf die gewünschte Flügellänge F bearbeitet sein. Sie kann jedoch auch etwas größer gewählt werden, um nach dem Abtrennen der Flügelrohlinge 1 noch eine Feinbearbeitung zuzulassen. Anstelle der Flügelrohlinge 1 oder zusätzlich können von dem Trägerelement auch Rollenrohlinge ausgehen. Im übrigen sind gleiche Teile wie in den übrigen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
4 zeigt mehrere Flügelrohlinge 1, die zusammenhängend in zumindest zwei, vorzugsweise parallelen, Reihen 19 als Stange 2 oder Band vorliegen. Nach der Beschichtung können die Flügelrohlinge 1 beziehungsweise Reihen 19 an Trennlinien 18 durch ein materialtrennendes oder -abtragendes Verfahren getrennt werden. Die Flügelrohlinge 1 der beiden Reihen 19 sind so angeordnet, dass deren Stirnseiten 4 beziehungsweise Kuppen 5 der einen Reihe 19 von den Stirnseiten 4 beziehungsweise Kuppen 5 der anderen Reihe 19 abgewandt liegen. Die Stangenbreite SB ist so bemessen, dass nach dem Vereinzeln die Flügel 9 die gewünschte Flügellänge F (2) aufweisen. Auch in 4 sind gleiche beziehungsweise gleichwirkende Teile wie in den übrigen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
5a zeigt zusammenhängende Rollenrohlinge 20, die als Stange 2 vorliegen. Um die Stange 2 bei der Beschichtung einfach handhaben beziehungsweise in einer Haltevorrichtung festspannen zu können, ist die Länge der im Querschnittsprofil kreisförmigen Stange 2 so bemessen, dass ein Materialrest 3 bleibt. Die Rollenbreite R aller Rollenrohlinge 20 zusammengenommen ist also etwas geringer als die Länge L der Stange 2. Nach dem Beschichten der Stange 2 können an der Trennlinie 18 die einzelnen Rollenrohlinge 20 voneinander getrennt werden, so dass einzelne Rollen 21 (5b) vorliegen. Ihre Mantelfläche 22 ist vollständig mit der Schutzschicht überzogen. Die Grundflächen 23 sind hingegen unbeschichtet.
Nach allem wird deutlich, dass eine Beschichtung der Flügel 9 beziehungsweise der Rollen 21 wesentlich vereinfacht ist, wenn sie vor der Beschichtung als Flügelrohlinge 1 beziehungsweise Rollenrohlinge 20 zusammenhängend belassen und so dem Beschichtungsvorgang unterzogen werden.
Vor dem Beschichtungsvorgang müssen die Flügelrohlinge 1 hinsichtlich ihrer Dicke D (1) auf Maß derart bearbeitet werden, dass sie nach dem Schichtauftrag sicher und genau in den Schlitzen des Rotors 14 geführt werden. Entsprechendes gilt für den Rollenradius RR der Rollenrohlinge 20. Geringe Toleranzen der Dicke D oder des Radius RR können jedoch auch mit unterschiedlichen Schichtdicken oder unterschiedlicher Schichtlagenanzahl ausgeglichen werden. Die Beschichtung selbst kann durch materialauftragende Verfahren, beispielsweise Plasma-, Galvanikverfahren oder chemische Verfahren, aufgebracht werden.
Es wird klar, dass die Länge der Stange 2 so bemessen sein kann, dass auch an beiden Enden ein Materialrest 3 verbleiben kann. Gegebenenfalls wäre es auch denkbar, den Materialrest 3 zwischen zwei Rollenrohlingen 20 beziehungsweise Flügelrohlingen 1 anzuordnen.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruchs durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf das/die Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen, in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und den Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf Flächen von Flügeln für eine Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpe oder auf Mantelflächen von Rollen für eine Rollenzellenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zusammenhängende Flügel- oder Rollenrohlinge beschichtet werden, wobei die Flügelrohlinge zumindest in ihrer Dicke oder die Rollenrohlinge bezüglich ihres Rollenradius' auf Mass bearbeitet sind, und dass die Flügel- oder Rollenrohlinge nach dem Beschichten vereinzelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängenden Flügel- oder Rollenrohlinge als Band- oder Stangenmaterial vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel- oder Rollenrohlinge von einem Trägerelement einstückig ausgehen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Band- oder Stangenmaterials so bemessen wird, dass ein Materialrest verbleibt, um das Band- oder Stangenmaterial handhaben beziehungsweise in einer Haltevorrichtung festlegen zu können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vereinzeln der Flügel oder Rollen mit einem materialabtragenden oder -trennenden Verfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als reib- und/oder verschleissmindernde Schutzschicht dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein- oder mehrlagig ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beschichtung der Flügelrohlinge an ihrer Stirnseite eine Kuppe ausgebildet wird, die im Betrieb der Pumpe an einem Konturelement entlanggleitet.
Verfahren zum Herstellen von Flügeln für eine Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpe oder von Rollen für eine Rollenzellenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flügel- oder Rollenrohlinge einstückig von einem Trägerelement ausgehen.
Verfahren zum Herstellen von Flügeln für eine Flügelzellen- oder Sperrflügelpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flügelrohlinge zusammenhängend als Reihe und zumindest zwei Reihen mit jeweils mehreren Flügeln zusammenhängend vorliegen.