DE19704265A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung eines Pumpengehäuses im Wirbelsinterverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Pumpengehäuses mit Funktionsflächen, wie Auflagerflächen und Zentrierflächen, im Wirbelsinterverfahren, bei dem zunächst das Pumpengehäuse gereinigt wird und schließlich ein Beschichtungsmaterial auf das Pumpengehäuse aufgeschmolzen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens. Solch eine Beschichtung wird üblicherweise als Korrosionsschutz aufgetragen. Dies stellt gegenüber der Verwendung von teuren korrosionsarmen Werkstoffen eine erheblich kostengünstigere Methode dar.

Bei dem aus der Praxis bekannten, eingangs beschriebenen Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, wird das zu beschichtende Pumpengehäuse auf eine Temperatur von ca. 150-200°C über dem Schmelzpunkt des aufzuschmelzenden pulverförmigen Beschichtungsmaterial erwärmt und in den Wirbelstrom eingebracht. Hierbei findet eine vollständige Beschichtung aller Flächen, einschließlich der Funktionsflächen statt. Damit allerdings die Funktionsflächen, wie Zentrierflächen und Auflagerflächen ihre Funktion bei der Montage des Pumpengehäuses erfüllen können, ist eine Nachbearbeitung der Funktionsflächen zur Beseitigung der aufgeschmolzenen Schicht notwendig. Diese Nacharbeit ist sehr aufwendig, da sie zum Schutz der restlichen Beschichtung in Handarbeit durchgeführt werden muß. Darüber hinaus ist anschließend auch eine manuelle Entgratung der bearbeiteten Flächen notwendig.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Beschichtungsverfahren für Pumpengehäuse im Wirbelsinterverfahren anzugeben, das in fertigungstechnischer Hinsicht eine Vereinfachung bezüglich der Herstellung einer Beschichtung mit beschichtungsfreien Flächen darstellt.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, daß das Beschichtungsmaterial durch die Befestigung des Pumpengehäuses an einem wärmeisolierten Abdeckwerkzeug, welches Abdeckwerkzeug Abdeckflächen aufweist, die an den Funktionsflächen anliegen, während der Beschichtung von den Funktionsflächen ferngehalten wird. Durch die Ausbildung von beschichtungsunterbrechenden Randbereichen an den Abdeckflächen kann das Beschichtungsmaterial an der Begrenzung zu den Funktionsflächen gratfrei aufgebracht werden. Zur besseren Haftung des Beschichtungsmaterials wird nach bevorzugter Ausführungsform das Beschichtungsmaterial auf einen, auf das Pumpengehäuse zuvor aufgetragenen und eingebrannten Haftvermittler aufgebracht. Optimale Beschichtungsergebnisse ergeben sich, wenn das Beschichtungsmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von PA 12 und der Haftvermittler aus einem Kunstharz auf der Basis von Vinylalkohol-Butyraldehyd besteht. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Abdeckwerkzeug erfunden worden, welches ein ringförmiges Profil mit umlaufendem Steg, eine wärmeisolierende Beschichtung, Auflagerflächen-Abdeckflächen und eine Zentrierflächen-Abdeckfläche, eine Befestigungseinrichtung für das Pumpengehäuse sowie eine Halte- und Manipuliereinrichtung aufweist, welche Abdeckflächen zu den Funktionsflächen des Pumpengehäuses komplementär ausgebildet sind und welche Zentrierflächen-Abdeckfläche einen beschichtungsunterbrechenden Randbereich aufweist. Als fertigungstechnisch einfache Ausführungsform kann die wärmeisolierende Beschichtung durch einen Gleitlack ausgebildet sein, der zumindest die Abdeckflächen bedeckt. Die Auflagerflächen-Abdeckflächen sind nach bevorzugter Ausführungsform durch die freie Oberseite von auswechselbaren Abdeckklötzen aus einem warmfesten und wärmeisolierenden Material ausgebildet, welche Abdeckklötze auf dem ringförmigen Profil aufliegen und welches ringförmige Profil im Bereich der Auflagestellen eine Vertiefung mit über die freie Oberfläche des Profils hervorstehendem O-Ring als Toleranzausgleich aufweist. Vorteilhafterweise besteht dabei das warmfeste und wärmeisolierende Material der Abdeckklötze aus einem Hochtemperaturkunststoff auf der Basis von Polyimid. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines keramischen Werkstoffs. Eine fertigungstechnisch einfache Ausführung der Zentrierflächen-Abdeckfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß sie durch die Außenfläche und Stirnfläche des umlaufenden Stegs ausgebildet ist. Um den Wärmeübergang an dieser nur mit Gleitlack beschichteten Abdeckfläche sehr gering zu halten, weist die Außenfläche und Stirnfläche des umlaufenden Stegs eine Aussparung auf. Durch eine Vielzahl von Versuchen hat sich gezeigt, daß ein Abreißen der Beschichtung in Richtung der Begrenzung der Funktionsflächen bevorzugterweise durch einen beschichtungsunterbrechenden Randbereich der Zentrierflächen-Abdeckfläche erreicht wird, wenn dieser als ein spitzförmiger Absatz ausgebildet ist, der über die Zentrierfläche hinausragt. Um das Abdeckwerkzeug an dem Pumpengehäuse befestigen zu können kann die Befestigungseinrichtung durch Durchgangsbohrungen durch das ringförmige Profil und die Abdeckklötze ausgebildet sein. Als einfachste Ausführungsform für die Halte- und Manipuliereinrichtung haben sich zwei einander gegenüberliegende Bügelgriffe, die seitlich am ringförmigen Profil angebracht sind, bewährt.

Aus anderen Beschichtungsverfahren sind Abdeckwerkzeuge bekannt, die an bestimmten Flächen auf einem Bauteil einen Beschichtungsschutz bilden. Solche bekannten Abdeckwerkzeuge sind zumeist metallisch, da sie beim Einsatz in der Serienfertigung eine entsprechend hohe Verschleißfestigkeit aufweisen sollten. Diese sind allerdings nicht im Wirbelsinterverfahren einsetzbar, da das Abdeckwerkzeug, um nicht selbst beschichtet zu werden, die Temperatur des Bauteils nicht annehmen darf.

Die Erfindung geht hingegen von der Erkenntnis aus, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art eine fertigungstechnisch einfache Realisierung einer unterbrochenen Beschichtung erreicht werden kann, wenn in der beschriebenen Weise ein wärmeisoliertes Abdeckwerkzeug als Beschichtungsschutz während der Beschichtung benutzt wird. Ein solches Abdeckwerkzeug besteht zumeist aus einem metallischen Werkstoff, mit der notwendigen Verschleißbeständigkeit und weist zudem eine Wärmeisolation an seiner Oberfläche auf. Diese Kombination aus ausreichender Verschleißbeständigkeit und ausreichender Wärmeisolation durch eine Beschichtung und durch den Einsatz von örtlich begrenzten auswechselbaren Isolationsklötzen stellt die wesentliche Erfindung dar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 das erfindungsgemäße Abdeckwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 das Pumpengehäuse in Verbindung mit dem montierten Abdeckwerkzeug und

Fig. 4 eine Vergrößerung des Bereiches X entsprechend der Fig. 3.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen das erfindungsgemäße Abdeckwerkzeug (3) zur Durchführung einer Beschichtung im Wirbelsinterverfahren, bei dem erfindungsgemäß Funktionsflächen (2) eines zu beschichtenden Pumpengehäuses (1) ausgespart werden. Aus Gründen der leichteren Verständlichkeit wird das gesamte Beschichtungsverfahren im Anschluß an die detaillierte Beschreibung des Abdeckwerkzeuges (3) näher erläutert. Zum Verständnis der Ausführung des Abdeckwerkzeuges (3), reicht insoweit die Kenntnis aus, daß das Abdeckwerkzeug (3) vor der eigentlichen Beschichtung an dem Pumpengehäuse (1) befestigt wird und dadurch an den Berührungsflächen einen Beschichtungsschutz bietet. Weiterhin ist wesentlich, daß die Funktionsflächen (2) des Pumpengehäuses (1) Auflagerflächen (2.1) und Zentrierflächen (2.2) darstellen. Zur Ausführung des Pumpengehäuses (1) ist insbesondere auf Fig. 3 zu verweisen.

Entsprechend Fig. 1 und 2 besteht das Abdeckwerkzeug (3) in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem ringförmigen Profil (6) mit umlaufendem Steg (7), einer wärmeisolierenden Beschichtung (8), Auflagerflächen-Abdeckflächen (4.1) und einer Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2), einer Befestigungseinrichtung (9) für das Pumpengehäuse (1) sowie aus einer Halte- und Manipuliereinrichtung (10). Damit das am Pumpengehäuse (1) montierte Abdeckwerkzeug (3) Berührungsflächen an den vor der Beschichtung zu schützenden Funktionsflächen (2) bildet, müssen die hierfür vorgesehenen Abdeckflächen (4) komplementär zu den Funktionsflächen (2), wie Auflagerflächen (2.1) und Zentrierfläche (2,2) ausgebildet sein. Damit das Verfahren funktioniert und eine Nachbearbeitung minimiert wird, ist es notwendig die Beschichtung des Abdeckwerkzeuges (3) zu vermeiden. Dies geschieht einerseits durch eine wärmeisolierende Beschichtung (8), die durch einen Gleitlack ausgebildet ist und zumindest die Abdeckflächen (4) bedeckt und andererseits durch die Verwendung eines wärmeisolierenden Materials unterhalb der Abdeckfläche (4) an den Stellen, an denen eine große Berührungsfläche mit dem während der Beschichtung erwärmten Pumpengehäuse (1) vorhanden ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Auflagerflächen-Abdeckflächen (4.1) durch die freie Oberseite von auswechselbaren Abdeckklötzen (11) aus einem warmfesten und wärmeisolierenden Material ausgebildet, welche Abdeckklötze (11) auf dem ringförmigen Profil (6) aufliegen und welches ringförmige Profil (6) im Bereich der Auflagestellen eine Vertiefung (12) mit über die freie Oberfläche des Profils (6) hervorstehendem O-Ring (13) als Toleranzausgleich aufweist. Bevorzugterweise besteht das warmfeste und wärmeisolierende Material der Abdeckklötze (11) aus einem Hochtemperaturkunststoff auf der Basis von Polyimid. Statt dessen kann ebenfalls ein keramischer Werkstoff zur Anwendung gelangen. Die Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2) ist durch die Außenfläche (7.1) und Stirnfläche (7.2) des umlaufenden Stegs (7) ausgebildet. Zur Minimierung des Wärmeübergangs vom Pumpengehäuse (1) auf das Abdeckwerkzeug (3) findet hierbei nicht ein neben dem Gleitlack wärmeisolierendes Material Anwendung. Vielmehr weist die Außenfläche (7.1) und Stirnfläche (7.2) des umlaufenden Stegs (7) eine Aussparung (14) auf, wodurch sich eine gegenüber der Auflager-Abdeckfläche (4.1) erheblich kleinere Berührungsfläche ergibt, was zur Reduzierung des Wärmeübergangs beiträgt. Um eine Nachbearbeitung am beschichteten Pumpengehäuse (1) vollständig zu vermeiden, weist speziell die Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2) einen beschichtungsunterbrechenden Randbereich (5) auf. Dieser beschichtungsunterbrechende Randbereich (5) sorgt für einen Abriß der Beschichtung in einem sehr kleinen Abstand vor der Begrenzung der Funktionsfläche (2). Dadurch kommt es nicht zu einem Aufstau und somit zu keiner Gratbildung von Beschichtungsmaterial an der Berührungskante. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der beschichtungsunterbrechende Randbereich (5) der Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2) als ein spitzförmiger Absatz ausgebildet, der über die Zentrierfläche (2.2) hinausragt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Abdeckwerkzeug (3) an dem Pumpengehäuse (1) angeschraubt. Hierzu ist die Befestigungseinrichtung (9) des Abdeckwerkzeuges (3) durch Durchgangsbohrungen (9.1 bis 9.4) durch das ringförmige Profil (6) und die Abdeckklötze (11) ausgebildet. Die Halte- und Manipuliereinrichtung (10) des Abdeckwerkzeuges (3) dient der Halterung und der Bewegung des daran befestigten Pumpengehäuses (1) beim Beschichten. In der Fig. 1 ist diese Einrichtung (10) durch zwei einander gegenüberliegende Bügelgriffe (10.1 und 10.2), die seitlich am ringförmigen Profil (6) angebracht sind, angedeutet. Hierbei handelt es sich um eine fertigungstechnisch sehr einfache Ausführungsform, die nur eine manuelle Halterung und Manipulierung zuläßt.

Das Verfahren zur Beschichtung eines Pumpengehäuses (1) im Wirbelsinterverfahren, bei dem das vorstehend beschriebene Abdeckwerkzeug (3) Verwendung findet, wird wie folgt durchgeführt. Soll ein Pumpengehäuse (1) beschichtet werden, so ist dieses zunächst beschichtungsgerecht zu bearbeiten, d. h. es sind Kanten mit Fasen und Abrundungen zu versehen, um eine gleichmäßige Beschichtungsdicke zu ermöglichen. Da eine gute Haftung des Beschichtungsmaterials von der Oberflächeneigenschaft abhängig ist, kann eine Vorbehandlung der Pumpengehäuseoberfläche notwendig sein. Hierzu gehört einerseits die Ausgasung des oberflächennahen Bereiches bei erhöhter Temperatur von ca. 300-350°C und andererseits die Reinigung des Pumpengehäuses (1) durch beispielsweise Sandstrahlen und anschließender Ultraschallreinigung. In besonderen Fällen kann auch ein Abbeizen notwendig sein. Um die Haftfestigkeit weiter zu erhöhen und somit eine höhere Standzeit der Beschichtung zu erreichen, kann ein Haftvermittler aufgetragen und eingebrannt werden. Zur eigentlichen Beschichtung im Wirbelsinterverfahren wird das Pumpengehäuse (1) kontrolliert auf eine Temperatur von etwa 250-280°C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird das Abdeckwerkzeug (3) an dem Pumpengehäuse (1) montiert. Nach Kontrolle der Pumpengehäusetemperatur wird schließlich das Pumpengehäuse (1) mit dem Abdeckwerkzeug (3) in ein Wirbelsinterbad eingetaucht und bewegt. Dies wird manuell mit Hilfe der Bügelgriffe (10.1 und 10.2), die sich über das Wirbelsinterbad hinaus erstrecken, durchgeführt. Empirisch ermittelte Zeit- und Bewegungsparameter dienen dabei dem Aufbau einer gleichmäßigen und konstanten Schicht. Dabei bildet sich an den Begrenzungen zu den Funktionsflächen (2) kein Grat, da die Abdeckflächen (4) beschichtungsunterbrechende Randbereiche (5), die für einen Abriß der Beschichtung in einem geringen Abstand vor der Funktionsfläche (2) sorgen, aufweisen. Optimale Beschichtungsergebnisse werden erreicht, wenn das Beschichtungsmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von PA 12 und der Haftvermittler aus einem Kunstharz auf der Basis von Vinylalkohol-Butyraldehyd besteht, Nach ausreichender Beschichtungsdauer wird das Pumpengehäuse (1) zunächst an der Luft zur Vermeidung von Spannungsrissen in der Beschichtung und anschließend in kaltem Wasser abgekühlt. Diese schroffe Abkühlung im Wasser sorgt dabei für eine glänzende ansprechende Oberfläche. Nach der Abkühlung kann das Abdeckwerkzeug (3) demontiert und die Schichtdicke an kritischen Stellen kontrolliert werden. Diese kritischen Stellen betreffen Funktionsflächen, die eine Beschichtung benötigen, deren Abmessungen aber enge Toleranzen aufweisen. Darüber hinaus wird zumindest stichprobenartig eine Prüfung der Oberflächenporosität durchgeführt, da dies für eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit entscheidend ist. Eine Nachbearbeitung an den abgedeckten Funktionsfläche (2) ist durch die Ausführungsform des Abdeckwerkzeuges (3) unnötig.

Claims (14)

1. Verfahren zur Beschichtung eines Pumpengehäuses (1) mit Funktionsflächen (2), wie Auflagerflächen (2.1) und Zentrierflächen (2.2), im Wirbelsinterverfahren, bei dem zunächst das Pumpengehäuse (1) gereinigt wird und schließlich ein Beschichtungsmaterial auf das Pumpengehäuse (1) aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial durch die Befestigung des Pumpengehäuses (1) an einem wärmeisolierten Abdeckwerkzeug (3), welches Abdeckwerkzeug (3) Abdeckflächen (4) aufweist, die an den Funktionsflächen (2) anliegen, während der Beschichtung von den Funktionsflächen (2) ferngehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial an der Begrenzung zu den Funktionsflächen (2), aufgrund eines beschichtungsunterbrechenden Randbereiches (5) an den Abdeckflächen (4), gratfrei aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf einen, auf das Pumpengehäuse (1) zuvor aufgetragenen und eingebrannten Haftvermittler aufgebracht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von PA 12 und der Haftvermittler aus einem Kunstharz auf der Basis von Vinylalkohol-Bu­ tyraldehyd besteht.

5. Abdeckwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckwerkzeug (3) ein ringförmiges Profil (6) mit umlaufendem Steg (7), eine wärmeisolierende Beschichtung (8), Auflagerflächen-Ab­ deckflächen (4.1) und eine Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2), eine Befestigungseinrichtung (9) für das Pumpengehäuse (1) sowie eine Halte- und Manipuliereinrichtung (10) aufweist, welche Abdeckflächen (4) zu den Funktionsflächen (2) des Pumpengehäuses (1) komplementär ausgebildet sind und welche Zentrierflächen-Ab­ deckfläche (4.2) einen beschichtungsunterbrechenden Randbereich (5) aufweist.

6. Abdeckwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Beschichtung (8) durch einen Gleitlack ausgebildet ist, der zumindest die Abdeckflächen (4) bedeckt.

7. Abdeckwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerflächen-Ab­ deckflächen (4.1) durch die freie Oberseite von auswechselbaren Abdeckklötzen (11) aus einem warmfesten und wärmeisolierenden Material ausgebildet sind, welche Abdeckklötze (11) auf dem ringförmigen Profil (6) aufliegen und welches ringförmige Profil (6) im Bereich der Auflagestellen eine Vertiefung (12) mit über die freie Oberfläche des Profils (6) hervorstehendem O-Ring (13) als Toleranzausgleich aufweist.

8. Abdeckwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das warmfeste und wärmeisolierende Material der Abdeckklötze (11) aus einem Hochtemperaturkunststoff auf der Basis von Polyimid besteht.

9. Abdeckwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das warmfeste und wärmeisolierende Material der Abdeckklötze (11) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

10. Abdeckwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2) durch die Außenfläche (7.1) und Stirnfläche (7.2) des umlaufenden Stegs (7) ausgebildet ist.

11. Abdeckwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (7.1) und Stirnfläche (7.2) des umlaufenden Stegs (7) eine Aussparung (14) zur Reduzierung des Wärmeübergangs vom Pumpengehäuse (1) auf das Abdeckwerkzeug (3) aufweist.

12. Abdeckwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtungsunterbrechende Randbereich (5) der Zentrierflächen-Abdeckfläche (4.2) als ein spitzförmiger Absatz ausgebildet ist, der über die Zentrierfläche (2.2) hinausragt.

13. Abdeckwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (9) durch Durchgangsbohrungen (9.1 bis 9.4) durch das ringförmige Profil (6) und die Abdeckklötze (11) ausgebildet ist.

14. Abdeckwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- und Manipuliereinrichtung (10) zwei einander gegenüberliegende Bügelgriffe (10.1 und 10.2), die seitlich am ringförmigen Profil (6) angebracht sind, aufweist.