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Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Gehäuseteil, das Fluidkontaktflächen aufweist, die vollständig mit einer Beschichtung aus einem polymeren Werkstoff versehen sind, wobei die Beschichtung eine mittlere Dicke von mindestens 0,4 mm aufweist und das Gehäuseteil mindestens eine Passung zur Aufnahme von einem Element umfasst.
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Kreiselpumpen beruhen auf dem Wirkprinzip der Energieübertragung an ein Fluid durch Dralländerung infolge eines Drehmoments, das von einem gleichförmig rotierenden Laufrad auf das durch dieses strömende Fluid ausgelöst wird.
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Die Kreiselpumpe ist nach der Richtung des Energieflusses eine Arbeitsmaschine, nach der Art der Energieumsetzung eine Strömungsmaschine und nach der Art des Fluids eine hydraulische Strömungsmaschine. Kreiselpumpen sind in der Lage, große Fördermengen kontinuierlich auf hohe Drücke zu fördern.
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Das Gehäuse wird auch als Pumpengehäuse bezeichnet. Es ist die äußere Hülle einer Pumpe. Pumpengehäuse dienen dem flüssigkeitsdichten und druckfesten Abschluss des Pumpeninnenraumes nach außen. Bei Kreiselpumpen umschließen sie den Pumpenläufer, der dem Fördermedium durch Laufräder auf der rotierenden Welle Energie zuführt.
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Der Zu- und Abführung des Förderstroms dienen die Eintritts- und Austrittsstutzen am Gehäuse, die oft auch als Zulauf- oder Saug- sowie Druckstutzen bezeichnet werden. Sie werden mit Rohrverbindungen an Rohrleitungen angeschlossen.
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Kreiselpumpen können je nach Einsatz und Verwendung unterschiedliche Gehäuseformen aufweisen, wie beispielsweise Spiralgehäuse, Rohrgehäuse, Krümmergehäuse, Mantelgehäuse und etliche mehr.
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Das Spiralgehäuse dient der Abführung der Strömung vom Laufrad, um kinetische Energie der Strömung in statischen Druck umzuwandeln und die aus dem Laufrad austretende Flüssigkeit zu sammeln und dem Druckstutzen zuzuführen.
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Der Oberflächenschutz des Pumpengehäuses ist trotz hochentwickelter Werkstoffe mit hoher Verschleißbeständigkeit und vorteilhaften Oberflächeneigenschaften unabdingbar für den Schutz vor mechanischen Beanspruchungen und anderen äußeren Einflüssen.
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Ein möglicher Oberflächenschutz von Pumpengehäusen, hauptsächlich von Gussgehäuseteilen, ist das Auftragen von Beschichtungen, insbesondere von polymeren Kunststoffbeschichtungen. Unter Beschichten wird in der Fertigungstechnik eine Hauptgruppe der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 verstanden, die zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus formlosem Stoff auf die Oberfläche eines Werkstückes genutzt werden. Der entsprechende Vorgang sowie die aufgetragene Schicht selbst wird auch als Beschichtung oder Coating bezeichnet. Bei einer Beschichtung kann es sich um eine dünne Schicht oder eine dicke Schicht sowie um mehrere in sich zusammenhängende Schichten handeln.
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Dünnschichtbeschichtungen mit Schichtdicken unter 0,3 mm, die beispielsweise mittels der Kathodischen Tauchlackierung aufgebracht werden, sind weit verbreitet, erfüllen aber nicht immer die geforderten Eigenschaften im Einsatz von Kreiselpumpen. Dickschichtbeschichtungen zeichnen sich durch Schichtdicken von mehr als 0,4 mm aus und können auf einer Polymerbasis beruhen. Eine Option in diesem Bereich stellen Beschichtungen aus Polyethylen (PE) dar.
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PE Beschichtungen sind beständig gegen viele Säuren und Meerwasser. Sie sind schlag- und stoßfest, verformbar, elektrisch isolierend und verfügen über gute Gleiteigenschaften. Die UV-Beständigkeit ermöglicht zudem den Einsatz im Außenbereich. PE Beschichtungen werden meist im Wirbelsinterverfahren aufgebracht. Dabei schmilzt der Kunststoff auf der Oberfläche des erwärmten Werkstückes an und bildet dabei einen homogenen, glatten Überzug. Je nach Temperaturvorbehandlung, Häufigkeit und Dauer des Auftragens werden unterschiedliche Schichtdicken erzielt.
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Beschichtete Pumpen sind im Stand der Technik bekannt. So beschreibt die
DE 102 00 579 B4 eine selbstansaugende Kreiselpumpe, bei der alle mit dem Pumpmedium beaufschlagten Teile der Pumpe aus einem Sterilitätsanforderungen genügenden Material hergestellt oder mit einem solchen beschichtet sind.
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Als Passung wird die Maß-Beziehung zweier toleranzbehafteter Teile bezeichnet, die zwar beide das gleiche Nennmaß haben, deren Toleranz-Felder sich aber in Lage und Größe unterscheiden. Dabei wird zwischen der Spielpassung und der Übermaßpassung unterschieden. Eine Passung im Falle einer Kreiselpumpe dient vorzugsweise zur Aufnahme eines Elements, wie beispielsweise eines Spaltrings oder eines Lagerträgerdeckels, mittels Übermaßpassung.
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Zur Erzeugung dieser Passungen werden beschichtete Pumpenteile einer Kreiselpumpe, insbesondere Gehäuseteile, entweder vor der Beschichtung maskiert, wodurch die Passung unbeschichtet bleibt oder die Passungen werden zerspanend nachbearbeitet, wodurch die Beschichtung komplett abgetragen wird. Dies führt dann im späteren Einsatz der Kreiselpumpe zwangsläufig zu einem Kontakt der unbeschichteten Passungen mit dem zu fördernden Fluid, wodurch im Falle eines Fluids mit korrosiven Eigenschaften der Korrosionsvorgang an den Passstellen beginnt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe anzugeben, die einen ganzheitlichen Schutz gegen Korrosion gewährleistet. Dabei soll die Kreiselpumpe auch Passungen vor Korrosion schützen und gleichzeitig exakte Maße der Passungen erzielen. Die Kreiselpumpe soll zudem einfach, schnell und kostengünstig realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpe mit einem Gehäuseteil und einem Verfahren gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist die mittlere Dicke der Beschichtung im Bereich der Passung um mindestens 10 % und höchstens 90 % verringert ausgehend von einer Beschichtung der Oberflächen des Gehäuseteils einer Kreiselpumpe von mindestens 0,4 mm.
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Vorzugsweise ist die mittlere Dicke der Beschichtung im Bereich der Passung um mindestens 20 %, vorzugsweise um mindestens 30 %, insbesondere um mindestens 40 %, und/oder um höchstens 80 % vorzugsweise um höchstens 70 %, insbesondere um höchstens 60 %, verringert.
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In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Beschichtung im Bereich der Passung mindestens 0,2 mm Restbeschichtung, insbesondere nach dem spanenden Nachbearbeiten, auf. Dadurch ist ein besonders wirksamer Schutz der Passungen im Gehäuseteil einer Kreiselpumpe vor Korrosion gewährleistet. Gleichzeitig können die Passungen nachbearbeitet werden, um die Toleranzen einer Übermaßpassung bzw. Presspassung für die Aufnahme eines Elements zu gewährleisten.
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In eine Passung eines Gehäuseteils einer Kreiselpumpe können einerseits wirkungsgradsteigernde Elemente wie zum Beispiel ein Spaltring oder anderseits fluidabsperrende Elemente wie der Gehäusedeckel eingesetzt werden.
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Spaltdichtungen dienen in Kreiselpumpen zur Abdichtung von Räumen unterschiedlicher Drücke. Die Spaltdichtung umfasst ein nicht rotierendes Element und ein rotierendes Element. Bei dem nicht rotierenden Element kann es sich beispielsweise um einen Spaltring handeln, der am Gehäuseteil in einer Passung angeordnet ist. Bei dem rotierenden Element kann es sich beispielsweise um einen Laufring handeln, der auf dem Laufrad angeordnet ist, oder um das Laufrad selbst bzw. einen Teil des Laufrades, beispielsweise bei einem geschlossenen Laufrad um die Deckscheibe des Laufrades. Der zum Laufring korrespondierende Spaltring der Spaltdichtung ist mittels Presspassung am Pumpengehäuse angeordnet und dementsprechend feststehend als auch nicht rotierend. Der Spaltring ist als solcher unmittelbar am Pumpengehäuse angeordnet.
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Idealerweise weisen die Oberflächen der beschichteten Passungen einen Mittenrauheitswert Ra von weniger als 0,7 µm, vorzugsweise weniger als 0,5 µm, insbesondere weniger als 0,3 µm, auf. Dadurch sind die Passungen zur Aufnahme des Spaltrings oder des Lagerträgerdeckels ideal exakt und als besonders glatte Oberfläche ausgebildet.
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Das Gehäuseteil weist eine Einspannseite und eine Bearbeitungsseite auf. Die Einspannseite ist die Seite des Gehäuseteils, an der der Saugflansch angeordnet ist. Die Bearbeitungsseite ist die Seite, auf der der Lagerträgerdeckel eingesetzt wird und die Werkzeuge zum Nachbearbeiten der Passungen eingeführt werden.
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Vorzugsweise weist das Gehäuseteil exakt drei Zentrierbohrungen auf, die auf der Saugseite des Gehäuseteils angeordnet sind. In einer besonders vorteilhaften Variante sind die drei Zentrierbohrungen im Saugflansch in einem Winkel von je 120 ° zueinander angeordnet. In einer weiteren Variante der Erfindung kann das Gehäuseteil auch mehr als drei Zentrierbohrungen, insbesondere vier Zentrierbohrungen, aufweisen. Die Zentrierbohrungen weisen eine definierte Tiefe auf und dienen zur Ausrichtung des Gehäuseteils in xy-Richtung und zur Erzielung einer Parallelität der z-Achse zur Mittelachse des Gehäuses für die spanende Bearbeitung um auf diese Weise eine mindestens 0,2 mm umfassende Restbeschichtung der Passung nach der Bearbeitung zu realisieren. In einer günstigen Variante der Erfindung sind die Zentrierbohrungen der fertig gestellten Kreiselpumpe mit einem Harz ausgegossen.
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In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist das komplette Gehäuseteil der Kreiselpumpe mit einer Polyethylen-Beschichtung versehen. In dieser Variante ist insbesondere auch der Saugflansch der Einspannseite komplett beschichtet und vorteilhaft vor der Wirkung korrosiver Medien geschützt.
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Vorzugsweise weist das Gehäuseteil mindestens einen unbeschichteten Bereich zur Positionsbestimmung auf der Bearbeitungsseite auf. In einer besonders günstigen Variante sind zwei unbeschichtete Bereiche an gegenüberliegenden Lagerträgerdeckelfixierelementen angeordnet.
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Der unbeschichtete Bereich entspricht einer sogenannten Anspiegelung, die zur Wiederfindung der unbeschichteten Bemaßung dient und als Referenzpunkt für die Ausrichtung in z-Richtung fungiert.
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Die als Dickschichtbeschichtung ausgeführte Beschichtung mit einer Schichtdicke von mehr als 0,4 mm kann prinzipiell aus jedem thermoplastischen Kunststoff ausgeführt sein, der vorzugsweise mittels Wirbelsinterverfahren aufgebracht werden kann. In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Beschichtung aus Polyethylen (PE) gebildet.
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Vorzugsweise ist das Gehäuseteil aus einem Gusswerkstoff ausgebildet und kann in üblicher Massenproduktion hergestellt werden.
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In einer besonders günstigen Variante der Erfindung weist das Gehäuseteil mindestens ein Innengewinde auf. Vorzugsweise ist das Innengewinde als Presselement aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl im Gehäuseteil angeordnet. Bevorzugt ist das Presselement mit einer Beschichtung aus einem polymeren Werkstoff versehen.
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Die Erfindung offenbart eine nicht bekannte Dickschichtbeschichtung eines Gehäuseteils einer Kreiselpumpe, die erstmals nach dem Bearbeiten der Passungen des Gehäuseteils noch eine Restbeschichtung von mindestens 0,2 mm aufweist und somit das Gehäuseteil wirksam vor Korrosion schützt.
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Die Kreiselpumpe mit einem Gehäuseteil, das Passungen mit einer Restbeschichtung von mindestens 0,2 mm aufweist, wird vorteilhafterweise in einem ganz speziellen Verfahren erzeugt.
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Das Gehäuseteil wird standardmäßig aus einem Gusswerkstoff erzeugt und zur besseren Anhaftung der Beschichtung sandgestrahlt. Zur Bearbeitung wird das Gehäuseteil in eine Zerspanungsmaschine eingespannt und es werden mindestens drei Zentrierbohrungen im Saugflansch auf der Einspannseite mit einem Winkel von je 120° zueinander eingebracht. Allerdings ist es auch denkbar mehr als drei Zentrierbohrungen, insbesondere vier Zentrierbohrungen, im Saugflansch auf der Einspannseite einzubringen, wodurch sich auch ein von 120° abweichender Winkel ergeben kann. Auf der Bearbeitungsseite werden die Passung für den Spaltring und die Passung für den Lagerträgerdeckel definiert bearbeitet und die Maße erfasst. Zusätzlich werden plane Bereiche als Anspiegelungen an gegenüberliegenden Lagerträgerdeckelfixierelementen zur Auffindung der Bemaßung bearbeitet.
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In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird mindestens eine Bohrung im Gehäuseteil erstellt. In diese Bohrung wird ein Presselement, das ein Innengewinde aufweist, eingepresst. Das Presselement ist vorzugsweise aus einem korrosionsfesten Edelstahl ausgebildet.
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Vor der Beschichtung werden die drei Zentrierbohrungen und die zwei Anspiegelungen maskiert. Das Gehäuseteil wird mit einem polymeren Werkstoff, vorzugsweise Polyethylen (PE), vorzugsweise im Wirbelsinterverfahren mit einer Schichtdicke von mindestens 0,4 mm beschichtet.
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Mithilfe der Zentrierbohrungen wird das Gehäuseteil in einer speziellen Einspannvorrichtung eingespannt. Dazu greifen drei Dorne in die Zentrierbohrungen ein und drei Spannpratzen sorgen für die sichere Ausrichtung und das Spannen des Gehäuseteils zur spanenden Bearbeitung in xy-Richtung.
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Die spanende Bearbeitungsmaschine fährt die Anspiegelungen zur Positionsbestimmung und Erfassung der Koordinaten an. Mithilfe der bekannten Maße vor der Beschichtung und der Positionsbestimmung durch die Anspiegelungen in z-Richtung können die Passungen zielgerichtet und detailgenau spanend bearbeitet werden. Vorzugsweise dient eine Anspiegelung zur Positionserfassung und die zweite Anspiegelung zur Verfahrensüberprüfung.
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Die spanende Bearbeitung des Gehäuseteils erfolgt vorzugsweise mit einem Meißel einer Drehmaschine, wobei das Bearbeitungswerkzeug definiert einen Teil der aufgetragenen Beschichtung an den Passungen zerspant, so dass die Schichtdicke der Beschichtung an den Passungen nach dem Bearbeiten um mindestens 10 % und höchstens 90 % abgetragen ist. In einer besonders vorteilhaften Variante beträgt die Schichtdicke mehr als 0,2 mm an den bearbeiteten Passungen.
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Mit Hilfe der drei Zentrierbohrungen und der Anspiegelung ist es zum ersten Mal möglich mit einer Dickschichtbeschichtung beschichtete Passungen exakt und genau zu bearbeiten, ohne die Beschichtung vollständig abzutragen. Dadurch wird ein vorteilhafter Korrosionsschutz auch an den Passungen mit gleichzeitig hervorragender Oberflächengüte an den bearbeiteten Passungen erzielt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Passung im Gehäuseteil einer Kreiselpumpe mit besonderer Güte und gleichzeitig beständigem Korrosionsschutz realisiert, die darüber hinaus eine toleranzgenaue Aufnahme des Spaltrings ermöglicht. Hierdurch kann ein exakter Abstand zwischen Spaltring und Laufrad eingestellt werden, wodurch der Betrieb einer Kreiselpumpe mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
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Dabei zeigt:
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine Kreiselpumpe,
- 2 eine Draufsicht auf die Einspannseite des Gehäuseteils,
- 3 einen Ausschnitt der Bearbeitungsseite des Gehäuseteils,
- 4 einen Ausschnitt des Gehäuseteils.
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1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad 1. Das Laufrad 1 ist als geschlossenes Radiallaufrad ausgebildet und weist eine Tragscheibe 2 sowie eine Deckscheibe 3 auf. Auf der Tragscheibe 2 sind Schaufeln angeordnet. Zwischen der Tragscheibe 2 und der Deckscheibe 3 werden Passagen zum Fördern des Mediums gebildet. Das Laufrad 1 wird von einer Welle 4 angetrieben und ist von einem Gehäuseteil 5 umgeben.
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Die Kreiselpumpe weist eine Anordnung 6 zur Abdichtung auf, die einen Raum 7 mit einem höheren Druck von einem Raum 8 mit einem niedrigeren Druck trennt. Der Raum 7 wird im Ausführungsbeispiel vom zweiten Raum des Laufrades 1 gebildet. Der Raum 8 bildet die Saugseite der Kreiselpumpe. Bei der Anordnung 6 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine Spaltringdichtungsanordnung, die einen radialen Dichtspalt aufweist. Dazu ist der Spaltring 14 in der Passung 13 mittels Übermaßpassung eingepresst.
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Das Gehäuseteil 5 umfasst einen Saugstutzen 9 und einen Druckstutzen 10. Der Lagerträgerdeckel 11 sitzt in der Passung 12 des Gehäuseteils 5. Das Gehäuseteil 5 ist vollständig mit einer Dickschichtbeschichtung aus PE mit einer Schichtdicke von mehr als 0,4 mm beschichtet. Die Schichtdicke der Beschichtung an den Passungen 12 und 13 ist nach dem Bearbeiten und im montierten Zustand um mindestens 10 % und höchstens 90 % in Bezug auf die Gesamtbeschichtung verringert. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Schichtdicke der Beschichtung an den Passungen 12 und 13 0,225 mm.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die Einspannseite 18 des Gehäuseteils 5. Im Saugstutzen 9 sind drei Zentrierbohrungen 15 eingebracht, wobei die Zentrierbohrungen 15 jeweils um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Zentrierbohrungen 15 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 9 mm und eine Tiefe von 20 mm auf. In die drei Zentrierbohrungen 15 können drei Dorne einer Einspannvorrichtung eingreifen, die zusätzlich drei Spannpratzen zur Bearbeitungsfixierung des Gehäuseteils 5 umfassen und das Gehäuseteil 5 zur Bearbeitung in xy-Richtung ausrichten.
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3 zeigt einen Ausschnitt der Bearbeitungsseite 19 des Gehäuseteils 5. Am Gehäuseteil 5 sind mehrere Lagerträgerdeckelfixierelemente 16 angeordnet, wobei mindestens ein Lagerträgerdeckelfixierelement 16 einen unbeschichteten Bereich 17 zur Positionsbestimmung aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der unbeschichtete Bereich 17 als Anspiegelung zur Positionsbestimmung des Gehäuseteils 5 in z-Richtung ausgeführt.
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4 zeigt einen Ausschnitt des Gehäuseteils 5. Im Gehäuseteil 5 ist ein Presselement 20 angeordnet, das ein Innengewinde 21 umfasst. Das Presselement ist in diesem Ausführungsbeispiel aus korrosionsbeständigem Edelstahl ausgebildet und in eine Bohrung des Gehäuseteils 5 eingepresst. Das Presselement weist mit Ausnahme des Innengewindes 21 eine Beschichtung aus Polyethylen mit einer Schichtdicke von mehr als 0,4 mm auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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