DE19826272A1 - Teile und Verfahren zur Herstellung solcher (von) sich in Maschinen und Agregaten drehenden Teilen oder in anderen diese Teile aufnehmenden Öffnungen oder Hohlräumen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft drehende oder drehbare Teile und andere Maschinenteile und ein Verfahren zur Herstellung von sich in Maschinen, Anlagen und Apparaten drehenden Teilen mit einer, der inneren Oberflächengeometrie eines zu einem solchen drehenden Innenteil funktional angepaßten stehenden Außenteils angepaßten Oberfläche und angebauter Komponenten (Gelenke, Kupplungen, Wellen...), die durch Rotation auf Reibung mit Maschinenteilen oder anderen Medien und daraus resultierendem Verschleiß funktional beansprucht werden oder wegen möglichen Kontaktes mit aggressiven oder sensiblen Medien mit einem Oberflächenschutz zum Schutz der Teile oder zum Schutz der Medien versehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft drehende und drehbare Teile und andere Maschinenteile für rotatorisch oder ähnlich ablaufende Bewegungen mit sehr hohem Anteil an Reibungs- bzw. Kontaktflä­ chen zu anderen Bauteilen und ein Verfahren zur Herstellung von solchen sich in Maschinen, Anlagen und Apparaten mit einer der Oberflächengeometrie eines solchen dem Innenteil angepaßten Innengeometrie eines Außenteils und einem in dieser Innengeometrie eines Außenteils geführten, drehenden Innenteils insbesondere Rotoren für Exzenterschnecken­ pumpen, Paddel und Wendeln, Antriebe und dessen angebaute Komponenten (Kuppelstan­ gen, Misch- und Transportwendeln, Antriebswellen und Gelenkbauteile sowie allen weiteren Komponenten, die auf Kontakt und Druck insbesondere mit nichtmetallischen Teilen oder Oberflächen aus Polymeren/Elastomeren wie (an) Statoren für Exzenterschneckenpumpen z. B. insbesondere aus NBR, SBR, BR, NR, EPDM, CR, CSM, FKM, PUR, SI, PTFE und anderen für diesen Verwendungszweck geeigneten Materialien beansprucht und auf Reibung und daraus resultierendem Verschleiß beansprucht werden oder wegen möglichen Kontaktes mit aggressiven oder sensiblen Medien, wie sie zum Beispiel insbesondere in Exzenterschnec­ kenpumpen bewegt werden, mit einem Oberflächenschutz zum Schutz der Teile oder zum Schutz des beispielsweise zu pumpenden oder zu bewegenden Mediums zu versehen sind oder in einer anderen Anwendung sich in Bohrlöchern drehende Teile wie Gebirgsanker, die mit einer Beschichtung gegen Korrosion und zur Erlangung einer Freispieleigenschaft verse­ hen sind.

Mit der Veröffentlichung des Europäischen Patents Nr. 0667931 ist lediglich eine Kolben- Zylinder-Einheit bekannt geworden, bei der bereits eine Beschichtung und ein Herstellver­ fahren vorgeschlagen werden. Der Nachteil einer dicken Kunststoffschicht von Thermopla­ sten oder Duroplasten sowie verschiedener Herstellverfahren werden anhand zitierter älterer Veröffentlichungen bereits dargestellt. Des weiteren werden auch dort schon Pulver- oder Naßlackbeschichtungen erwähnt.

Die in o. genannter Veröffentlichung beschriebene Beschichtung und deren Herstellung weist dagegen bereits eine Reihe von Vorteilen für die Beschichtung von zylindrischen Oberflächen auf, bei der ein dreidimensional vernetzender Duroplaststaub- oder dgl. in einer Schichtdicke von vorzugsweise 250 µm mit weiteren Inhaltsstoffen oder vernetzenden oder nicht vernet­ zenden Komponenten auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Als weiterer Vorteil wird die anschließende Erwärmung für eine ausreichende Vernetzung genannt, jedoch nur für Bau­ teile für translatorisch ablaufende Bewegungen mit sehr kleinen Reibungsflächen (Dichtun­ gen).

So werden z. B. aber auch drehende Teile in Maschinen aufgrund der hohen Reibung mit an­ liegenden Elastomermaterial allein oder aber auch durch die mechanische Abrasivität eines zu pumpenden Mediums beansprucht, wodurch die Oberfläche solcher sich drehenden Teile schnell verschleißt und die Funktion nicht mehr gewährleistet ist. Zum Schutz dagegen wer­ den solche sich drehenden Teile aus hartem Grundwerkstoff oder mit harter Oberflächenbe­ schichtung, z. B. Hartverchromung eingesetzt.

Des weiteren werden empfindliche Medien wie z. B. Milch und Milchprodukte vor Kontakt mit minderwertigeren Material durch Einsatz von Teilen aus rost- und säurefreiem Edelstahl ge­ schützt. Diese haben jedoch den Nachteil, daß dieser Werkstoff aufgrund seiner geringen Festigkeit ebenfalls schnell verschleißt.

Des weiteren werden auch andere stehende und rotierende Teile z. B. in Pumpen - speziell in Exzenterschneckenpumpen eingesetzt, die mit einem empfindlichen Medium in Berührung kommen und deshalb ebenfalls aus Edelstahl hergestellt werden müssen. Im Gegenzug kön­ nen aber auch aggressive Medien für die Bauteile selbst, z. B. Pumpenteile insbesondere in Exzenterschneckenpumpen schädlich sein, weshalb diese vor dem zu pumpenden Medium zu schützen sind.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, Bauteile und Medien zu schützen, ist, ausgehend von einer Beschichtung und einem Verfahren der in der o. genannten Veröf­ fentlichung als vorteilhaft beschriebenen Art, dadurch gelöst, daß hier, der anderen Bean­ spruchungsart als bei langsam laufenden linear-hydraulischen Komponenten und Teilen eine Oberflächenbehandlung von nicht oder nicht immer oder nicht vollständig zylindrischen je­ doch glatten aber auch profilierten Flächen an rotatorisch oder ähnlich drehenden und schnellaufenden Teilen erreicht wird, dadurch, daß auf die Teile diesen anderen Oberflä­ chenstrukturen und anderen Belastungsarten durch hohen Oberflächenanteil der Bauteile an einer betriebsbedingten Reibung an anderen Bauteilen angepaßte dreidimensional vernet­ zende Duroplaste und weitere Komponenten in einem Prozeß aufgetragen werden, von de­ nen mindestens eine als mitvernetzende oder nicht mitvernetzende Komponente beigegeben ist zur Erhöhung der Abriebfestigkeit, zur Korrosionsbeständigkeit und zum Schutz gegen Wasserstoffversprödung und mindestens das Duroplast anschließend durch Erwärmung ver­ netzt wird und die Auftragsqualität bestimmt wird durch Aufbau und Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials (insbesondere Kornstärke, Trägerstoffe, elektrostatische Aufladung während des Applizierens) und durch den Prozeß (Beschleunigung des Materials z. B. durch Sprühdruck, Düsenform zur Steuerung der Sprühstrahlgeometrie usw.).

Insbesondere werden aber auch makro- oder mikroprofilierte Teile, die anders nicht sinnvoll beschichtet werden können, durch die erfindungsgemäße Lösung vor Abrieb, Korrosion und Wasserstoffversprödung oder anderen Reaktionen geschützt sowie deren metallische oder nichtmetallische Reibungspartner.

Zur Verbesserung der Trockenlaufeigenschaften müssen dann keine weiteren Komponenten zugegeben werden, welche z. B. lebensmittelhygienisch bedenklich sein könnten, weil die Mikro- oder Makroprofilierung gewollt ist und das drehende Teil, z. B. der Rotor über kleinste Kammern in der Oberfläche des Bauteiles verfügt, in denen immer zur Vermeidung des Troc­ kenlaufes tröfchenweise ein reibungsminderndes Medium vorrätig ist, welches auch das be­ rührende und zu pumpende Medium selbst sein kann.

Schichtdicke und Komponenten des Duroplastes einerseits und mechanisch auf dieses Be­ schichtungsverfahren abgestimmte Oberflächenvorbehandlungen oder vorlaufende Produkti­ onsprozesse andererseits ermöglichen nun den Ausgleich von ungewollten Oberflächenrau­ higkeiten und gleichzeitig den bewußten und dauerhaftem Erhalt von Profilierungen durch dieses Verfahren in Kombination.

Der Ausgleich der Oberflächenrauhigkeiten verhindert dadurch auch einen frühen Verschleiß der betriebsbedingten Reibpartner. Eine Diffusion von Wasserdampf bzw. atomaren Wasser H₂ oder schädigendem Sauerstoff O₂ wird auch dann noch vermieden, wenn entsprechend beschichtete Bauteile dann betriebsbedingten Schwingungen, elastischen oder z. Teil auch plastischen Verformungen auch in anderen Öffnungen oder Hohlräumen ausgesetzt werden.

Damit die erwünschte Vernetzung schnell erfolgt, können mindestens die beschichteten Teile soweit erwärmt werden, daß andererseits metallurgisch keine Veränderungen eintreten. Vor­ zugsweise wird eine Schichtdicke von 250 µm angestrebt und eine Erwärmung bis 550 K.

Nach dem erfindungsgemäßen Gedanken kann ganz besonders vorteilhaft ein in Maschinen drehendes Teil z. B. zum Bewegen und zum Pumpen von flüssigen oder pastösen Medien und insbesondere von Mischungen aus festen und flüssigen Bestandteilen, insbesondere eine Zuführwendel, ein Paddel oder ein Rotor mit Antriebskopf und dessen Kuppelstange, An­ triebswelle(n) und Gelenke in Exzenterschneckenpumpen hergestellt werden, bei dem die Oberflächenbereiche des im Elastomer/Gummi drehenden Abschnittes gleitend geführt wer­ den, bei dem die glatte oder profilierte Oberfläche des Rotors in der Innenoberfläche des zugehörigen Führungsteils permanent dichtend gleitet und die Profilierung trotz intensiver Walkarbeit des Rotors im Stator erhalten bleibt, bei dem die außerhalb dieses im Führungs­ teil/Stator liegenden Abschnittes vorhandene, konstruktive Oberflächenstruktur ebenfalls durch Berührung mit aggressiven Medien vor Korrosion oder aber das sensible Medium selbst vor unedlem Metall und deren chemischen oder sonstigen Reaktionen geschützt wird, wobei auch die weiteren drehmomentübertragenden Komponenten und Bauteile im Aggregat z. B. einer Pumpe insbesondere einer Exzenterschneckenpumpe diesen Schutz bieten oder ge­ schützt werden, während auch die Antriebswelle vollständig mit einem Duroplast beschichtet ist und dadurch im Bereich einer Wellendichtung - insbesondere einer Stopfbuchse - gegen die hohe Reibung und den hohen Verschleiß besser geschützt ist und das zu pumpende Me­ dium selbst vor Reaktionen mit Werkstoffen der Bauteile geschützt wird, wobei für zu schüt­ zende Teile bei höchster mechanischer Reibung mitvernetzende und oberflächenhärtende Komponenten gegen Verschleiß durch Abrasivität mitverwendet werden können.

Der besondere Vorteil liegt nun darin, daß aufgrund der funktionsfähigen Beschichtung mit einem besonderen Duroplast, Mitverwendung geeigneter Komponenten und einem angepaßten Herstellprozeß Bauteile insbesondere in Aggregaten innenliegende Bauteile wie Pumpenro­ toren explizit auch als gewendelte oder sonstwie vorgeformte Teile hergestellt werden kön­ nen, die aufgrund ihrer Beanspruchung früher entweder aus Edelstahl oder aus Werkzeug­ stahl mit Hartverchromung oder aus Gußeisen hergestellt werden mußten, nun aber auch aus anderen Stählen oder Metallen oder bei wiederum angepaßter Bearbeitungsweise Mate­ rialien wie z. B. Keramik oder Kunststoff gefertigt werden können, die unabhängig von le­ bensmittelhygienischen oder reibungsbedingten oder sonstigen Anforderungen wie Säurebe­ ständigkeit o. dgl. gewählt bzw. hergestellt werden können.

Ein weiterer Vorteil einer solchen Beschichtung liegt darin, daß auch profilierte Fels- und Be­ festigungsnägel und Gebirgsanker hergestellt und mit einer solchen dann speziell wieder angepaßten Beschichtung teilweise, abschnittsweise oder vollständig beschichtet werden können, die aufgrund ihrer diversen Korrosionsbeanspruchungen aus hergestellt oder mit mehrfachem Korrosionsschutz versehen werden mußten. Diese Teile werden zusätzlich während des Versetzvorganges mechanisch beansprucht, wenn das Bauteil drehend in ein Loch z. B. ein Bohrloch eingeführt und dabei konventionelle Beschichtungen (z. B. galvani­ sche Verzinkungen) abgerieben werden. Mit der Erfindung können solche Bauteile aus belie­ bigen Metallvariationen gemäß den Hauptgebrauchseigenschaften hergestellt werden und verfügen trotzdem über ausreichenden Schutz gegen mechanischen Abrieb an der Oberflä­ che und Schutz gegen diverse Korrosionserscheinungen sowie über eine gegenüber Bet­ tungsmedien reduzierte Haftung zum Beispiel zur Erzeugung einer Freispielstrecke.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil dieser Art der Herstellung liegt in der Möglichkeit, solchermaßen beschichtete Teile, Pumpenteile, Gebirgsanker und Befestigungsanker u. dgl. nach Gebrauch oder in bestimmten Zeitabständen (Wartungsintervallen) einer Überholung der Beschichtung zu unterziehen, indem eine teilweise oder vollständige, durch Gebrauch oder Milieubedingungen herbeigeführte Abnutzung der Beschichtung oder die sonstwie be­ schädigte Oberfläche wieder aufgearbeitet werden kann. Die vorhandenen Beschichtungsbe­ standteile können thermisch oder thermo-mechanisch z. B. insbesondere durch Aufschmelzen und Abreiben oder Abbürsten o. dgl. entfernt, das Bauteil neu vorbehandelt und gemäß die­ ser Erfindung wieder neu beschichtet werden und wieder vollwertig zum Einsatz gebracht werden.

Claims (12)

1. Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines solchen von sich in Maschinen und Aggre­ gaten, Pumpen, z. B. in Exzenterschneckenpumpen rotatorisch oder ähnlich drehenden oder in anderen Öffnungen und Hohlräumen drehenden oder gedrehten Teilen wie Ro­ toren, die teilweise oder vollständig gleitend in geometrisch angepaßten metallischen oder nichtmetallischen Körpern, z. B. aus Elastomeren/Polymeren, wie sie üblicherweise für Statoren verwendet, werden, geführt werden, wobei die nicht oder teilweise nichtzy­ lindrischen Konstruktionskonturen/Oberflächen dieser drehbaren Teile eine glatte oder aber eine mikro- oder auch makroprofilierte Oberfläche erhalten, welche teilweise oder vollständig dichtend im metallischen oder nichtmetallischen Körper(z. B. Stator) vorge­ spannt unter Walken des Elastomers druck-, abrieb- und korrosionsbeständig und gegen chemische Beanspruchung beständig schnell drehen oder gedreht werden und die zum Ende der Produktion mit Kunststoff beschichtet werden, der durch Erwärmung vernetzt, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein dreidimensional vernetzender Duroplastwerkstoff (Staub oder Pulver), weitere Komponenten enthaltend, von denen mindestens eine als mitvernetzend oder nicht mitvernetzend, in einer Schichtdicke von 50 bis 500 µm aufgetragen wird und min­ destens das Duroplast anschließend durch Erwärmung vernetzt wird zur Verbesserung von Schmier- und Gleiteigenschaften, von Korrosionsschutz, Abriebfestigkeit aller Reib­ partner und zum gegenseitigen Schutz von Pumpenteilen vor auch chemischen Reaktio­ nen durch das Pump- oder Reinigungsmedium und des zu pumpenden Mediums vor Re­ aktionen mit den Werkstoffen der Pumpenteile.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl unbearbeitete als auch bearbeitete Konstruktionskonturen/Oberflächen an den drehbaren oder drehenden, glatten oder profilierten Teilen wie Exzenterrotoren, Kuppel­ stangen und Antriebswellen u. dgl. beschichtet werden, die mit großen Oberflächenan­ teilen in Berührung oder Kontakt zu anderen Bauteilen oder Betriebsstoffen oder zu pumpenden Medien stehen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren glatten oder profilierten Teile aus Guß, Edelstahl oder anderen Metallen und Legierungen oder anderen Werkstoffen wie Keramik oder Kunststoff bestehen kön­ nen.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jede zu beschichtende Fläche oder Teilfläche der drehbaren glatten oder profilierten Teile vor der Beschichtung gesandstrahlt oder gebürstet oder in anderer geeigneter Weise vorbehandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung durch ausreichende Erwärmung der zu beschichtenden drehbaren glatten oder profilierten Teile vor der Beschichtung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vernetzung die beschichteten drehbaren glatten oder profilierten Teile auch zusam­ men mit der Beschichtung ausreichend erwärmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung induktiv erfolgt.

8. Glatte oder profilierte rotatorisch oder ähnlich drehende oder drehbare Teile in Pumpen, die mit zu pumpenden/fördernden Medien, für die üblicherweise Exzenterschneckenpum­ pen zum Einsatz kommen können, in Kontakt gelangen und/oder gleitend in stehenden metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen (Elastomere/Polymere, wie sie üblicherwei­ se für Statoren für Exzenterschneckenpumpen verwendet werden können) geführt wer­ den, die mit Kunststoff beschichtet werden, der durch Vernetzung Makromoleküle gebil­ det hat, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein dreidimensional vernetzender Duroplaststaub oder -pulver in einer Dicke von 50-500 µm aufgetragen ist, enthaltend weitere Komponenten, von denen minde­ stens eine als mitvernetzende oder nichtmitvernetzende Komponente zur Verbesserung der Gleit- und Schmiereigenschaften und Abriebfestigkeit Korrosionsbeständigkeit beige­ geben ist, wobei mindestens das Duroplast durch Vernetzung unter Erwärmung dreidi­ mensional vernetzte Makromoleküle gebildet hat.

9. Glatte oder profilierte drehbare Teile nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren oder drehenden glatten oder profilierten beschichteten Teile/Rotoren, Kuppelstangen, Antriebswellen in Pumpen aus Guß, Edelstahl oder anderen Metallen und Legierungen oder nichtmetallischen Werkstoffen wie z. B. Keramik bestehen können.

10. Teilweise oder vollständig beschichtetes, glattes oder profiliertes Bauteil, insbesondere Gebirgsanker oder Befestigungsteil, mit einer nach Anspruch 1 aufgebrachten Beschich­ tung und Anwendungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Bauteil aufgrund seiner Anwendung als dauerhaft tragendes Bauteil so beschichtet ist, daß es gemäß den Hauptgebrauchseigenschaften hergestellt und verwendet werden kann und die Beschichtung auch bei plastischer Verformung nicht versagt und somit so­ wohl beim Versetzen bzw. drehenden Einquirlen in eine Verbundmasse nicht verschleißt als auch anschließend als besonderer Korrosionsschutz insbesondere auch gegen wasser­ stoffinduzierte Spannungsrißkorrosion beständig ist.

11. Bauteil und Anwendungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere abschnittsweise Beschichtung eines Ankers die Verwendung dieses An­ kers als Freispielanker ermöglicht, indem bei Zug- und/oder Scherbelastung im Gebirge, insbesondere im Bereich von Bruch- und Scherflächen, der Anker plastisch verformt wer­ den kann und sich in einem Freispielabschnitt aus dem Verbund löst, gegebenenfalls auch aufgrund seiner abschnittsweise unterschiedlichen Oberflächenausführung und der dieser Ausführung angepaßten unterschiedlichen Beschichtung auch einschnüren und der Belastung nachgeben kann ohne vorzeitig zerstört zu werden.

12. Teilweise oder vollständig beschichtetes, glattes oder profiliertes Bauteil nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 8 und/oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß solchermaßen beschichtete Bauteile, Pumpenteile und Gebirgsanker und Befestigungs­ teile nach Gebrauch und/oder in Wartungsintervallen oder nach Bedarf überholt wer­ den, indem eine teilweise oder vollständige Abnutzung der Beschichtung durch Gebrauch, durch Milieubedingungen oder andere Zerstörung und Beschädigung insbesondere der beschichteten Oberfläche oder deren Abschnitte wieder aufgearbeitet wird, indem die noch vorhandenen Beschichtungsbestandteile thermisch oder thermo-mechanisch insbe­ sondere z. B. durch Aufschmelzen und Abreiben, Abbürsten o. dgl. entfernt, das Bauteil neu vorbehandelt und anschließend gemäß dieser Erfindung neu beschichtet und wieder vollwertig zum Einsatz gebracht werden kann.