DE3529106A1 - Korrosionsbestaendige drehschieberpumpe und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Drehschieberpumpe mit einem exzentrisch in einem Arbeitsraum gelagerten Drehkolben, Gehäuse und Seitendeckeln aus einem Eisen­ werkstoff und ein Verfahren zur Herstellung der Pumpe.

Drehschieberpumpen enthalten im wesentlichen einen zylin­ drischen Arbeitsraum, einen im Arbeitsraum exzentrisch gelagerten Drehkolben und wenigstens zwei Schieber, die in Schlitzen des Drehkolbens gelagert sind und beim Betrieb der Pumpe durch Fliehkraft gegen das den Arbeitsraum be­ grenzende Gehäuse gedrückt werden. Die Schieber gleiten in den Schlitzen des Drehkolbens, an der Gehäusewand und den in das Gehäuse eingesetzten Seitendeckeln und nutzen sich beim Pumpenbetrieb ab, wobei die Verschleißrate der Schieber im wesentlichen durch die Beschaffenheit der Gleitflächen bestimmt wird. Zur Verringerung der Verschleißrate sind für die im Reibungseingriff stehenden Teile der Pumpe Kombina­ tionen aus bestimmten Werkstoffen vorgeschlagen worden, z. B. einem Gehäuse aus Sintermetall, Deckel und Schieber aus dem gleichen graphithaltigen Werkstoff (DE-GM 82 02 785). Für Pumpen größerer Abmessungen und Leistungen ist diese Lösung vor allem wegen der höheren Festigkeitsanforderungen und auch aus Kostengründen weniger geeignet. Man verwendet daher vorzugsweise Pumpen, deren Gehäuse und Seitendeckel aus einem Eisenwerkstoff, z. B. Grauguß bestehen.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Werkstoffe ist ihre ungenügende Korrosionsbeständigkeit. In feuchter Atmo­ sphäre bilden sich auf Drehkolben, Gehäusewand und den Seitendeckeln lochfraßähnliche Korrosionsstellen aus, deren Menge und Intensität durch die Einwirkung korrosiver Stoffe wie Schwefeldioxid, beträchtlich gesteigert werden kann. Die Korrosionsstellen rauhen die Gleitflächen mehr oder weniger stark auf, wodurch die Verschleißrate der Schieber wesentlich zunimmt. Schließlich können Korrosionsprodukte den schmalen Spalt zwischen Drehkolben und Seitendeckel oder zwischen Schieber und Drehkolbenschlitzen derart ausfüllen, daß nach längeren Stillstandzeiten ein Anfahren der Pumpe nicht mehr möglich ist. Maßnahmen zur Verminderung des korrosiven Angriffs führten bisher nicht zu einer allge­ mein befriedigenden Lösung. Das Besprühen der Gleitflächen mit PTFE-Aerosolen ergibt nur ausnahmsweise eine beacht­ liche Senkung der Korrosionsrate, verchromte oder ver­ nickelte Laufflächen oder der Einsatz von Edelstählen ver­ mindern zwar die Korrosionsrate, die Verschleißrate der im wesentlichen aus Graphit bestehenden Schieber bleibt aber bei diesen Werkstoffkombinationen vor allem bei hohen Umfanggeschwindigkeiten vergleichsweise groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dreh­ schieberpumpe zu schaffen, die in feuchter und korrodieren­ der Atmosphäre ohne korrosionsbedingte Schäden arbeitet und deren Schieber eine kleine Verschleißrate haben.

Die Aufgabe wird mit einer Drehschieberpumpe der eingangs genannten Art gelöst, deren Drehkolben, Gehäusewand und Seitendeckel auf den dem Arbeitsraum zugekehrten Seiten mit einer Schutzschicht aus Magnetit versehen sind.

Schutzschichten aus Magnetit schirmen die beschichteten Pumpenteile gegen atmosphärische Stoffe ab und verhindern eine Schädigung der Gleitflächen durch die Bildung von Korrosionsprodukten. Zugleich weist die Magnetitschicht ein günstiges Reibungsverhalten auf, so daß der Ver­ schleiß der Schieber auch bei großer Umfangsgeschwindig­ keit gering ist. Die Dicke der Magnetit-Schutzschicht sollte bevorzugt wenigstens 0,005 und höchstens 0,05 mm betragen, da bei kleineren Dicken eine geschlossene Schicht nicht immer erreicht wird und bei dickeren Schich­ ten die Schlagfestigkeit abnimmt. Magnetitschichten weisen in der Regel eine Restporosität auf und sind aus diesem Grund gegen Fluide nicht immer impermeabel. In diesen Fällen ist es von Vorteil, mit einem Kunstharz infiltrierte Magnetitschichten zu verwenden. Geeignet als Infiltrations­ mittel sind alle Kunstharze, die bei der Arbeitstemperatur der Pumpe gegen die aggressiven Stoffe beständig sind. Be­ sonders geeignet sind Acrylat-Harze, die bei guter chemi­ scher und thermischer Beständigkeit sich einfach verarbeiten lassen.

Zur Herstellung der Schutzschicht aus Magnetit auf Dreh­ kolben, Gehäusewand und Seitendeckeln der Drehschieberpumpe werden diese Pumpenteile bei einer Temperatur zwischen 500 bis 650°C einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre ausgesetzt. Dabei beträgt der atmosphärische Druck etwa 0,01 bis 0,05 bar, die Behandlungsdauer ist etwa 2 h. Die Pumpenteile werden dann außerhalb des Vakuumofens auf Raumtemperatur abgekühlt. Die auf der Oberfläche der Pumpenteile gebildete bläulich­ schwarze schlagzähe Magnetitschicht ist im wesentlichen gegen Fluids undurchlässig. Nach einer bevorzugten Aus­ führung des Verfahrens werden die mit einer Magnetitschicht versehenen Pumpenteile in die Schmelze oder Lösung eines Kunstharzes getaucht und die Poren der Magnetitschicht mit dem Imprägniermittel gefüllt. Der Infiltration des Harzes erfolgt in an sich bekannter Weise zweckmäßig bei vermin­ dertem atmosphärischem Druck, gegebenenfalls wird dann der Druck erhöht. Nach beendeter Infiltration werden die Pumpenteile zum Härten des Kunstharzes auf wenigstens 80°C erhitzt, wobei die Temperatur und auch die Härtungs­ zeit im wesentlichen durch die Harzart bestimmt wird. Als Infiltrationsmittel werden thermoplastische und duro­ plastische Kunstharze und Harzlösungen verwendet, die temperatur- und korrosionsbeständig sind und deren Vis­ kosität bei der Infiltration etwa 100 mPa · s nicht über­ schreiten sollte. Bevorzugt werden wegen ihrer Beständig­ keit und kurzen Härtungszeit Acrylatharze, wie Polymeth­ acrylat oder Triethylenglykol-Dimethyl-Acrylat.

Die Beschichtung der Pumpenteile - Drehkolben, Gehäuse und Seitendeckel - mit Magnetit ermöglicht die Verwendung von Eisenwerkstoffen, wie Grauguß, Sphäroguß, Stahlguß, unlegierten und niedriglegierten Stählen, die wegen der oben beschriebenen Mängel nicht oder nur eingeschränkt für diesen Zweck eingesetzt werden konnten. Die Schutz­ schicht aus Magnetit schirmt die Pumpenteile aus diesen Werkstoffen gegen korrosiv wirkende Fluide ab, verhindert bei dem Pumpenbetrieb störende Schäden an den Teilen und ermög­ licht wegen seines günstigen Reibverhaltens die Reduzierung der Verschleißrate der Schieber.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben.

Drehkolben, Gehäuse und Seitendeckel aus Grauguß 6620, DIN 1691, wurden in einem Autoklaven mit einer Rate von etwa 500 K/h auf 600°C erhitzt, der Druck auf 0,03 bar abgesenkt und der Autoklav mit insgesamt etwa 24 kg Wasser­ dampf gespült. Nach einer Verweilzeit von 2 h wurde die Wasserdampf-Zufuhr unterbrochen, der Autoklav geöffnet und unter normalen atmosphärischen Bedingungen auf Raum­ temperatur abgekühlt. Die Pumpenteile waren mit einer festhaftenden schwarz-glänzenden Magnetitschicht überzogen, deren Dicke etwa 0,008 mm betrug. Ein Teil der mit Magnetit beschichteten Pumpenteile wurde mit einem Polymethacrylat-Harz infiltriert, dessen Viskosität bei 20°C etwa 15 mPa · s betrug. Die Teile waren in einem Autoklaven aufgeschichtet, der Druck wurde für 15 min auf 8 mbar gesenkt, die Teile dann mit dem Harz überschichtet und der Druck auf 10 bar erhöht. Zur Härtung des Harzes wurden die Teile schließlich auf 100°C erhitzt und für 15 min auf dieser Temperatur gehalten.

Drehschieberpumpen mit beschichtetem Drehkolben, Gehäuse und beschichteten Seitenteilen und zum Vergleich eine Pumpe mit plasmanitrierten Gleitflächen, eine unbehandelte in den Stillstandsperioden mit einem PTFE-Spray beauf­ schlagte Pumpe und eine Pumpe, deren Gleitflächen mit einer Nickelschicht versehen war, wurden einem Korrosions­ test unterworfen. Die Oberflächenhärte der mit Magnetit beschichteten Pumpe war ca. 210 (HB 2,5/62,5), die Rauh­ tiefe R _t der Gleitfläche etwa 5 µm. Die Schieber be­ standen aus einem graphitischen Werkstoff (Rohdichte 1,75 g/cm³, Shore-Härte ca. 60, Biegefestigkeit - 75 MPa, E-Modul - 20 GPa). Die Pumpen liefen zunächst fünf Tage mit einem maximalen Unterdruck von 0,08 bar, wurden an­ schließend etwa 15 min bei freier Ansaugung mit 0,4 m³ Wasserdampf beaufschlagt und dann abgeschaltet. Nach drei Tagen wurden die Pumpen geöffnet und visuell auf Korro­ sionsstellen untersucht. Der Zyklus wiederholte sich bis zu einer kumulierten Laufzeit von 2000 h. Die Ergebnisse waren wie folgt:

• 1. Pumpe ohne Schutzschicht, die während der Stillstands­ zeiten mit PTFE besprüht wurde. Die Pumpe war bereits nach dem ersten Testzyklus stark verrostet und konnte nicht mehr angefahren werden.
• 2. Pumpe mit plasmanitrierter Gleitschicht. Am Versuchs­ ende waren der Drehkolben, die Stirnflächen des Gehäuses und die Seitendeckel stark korrodiert. Es wurde nur noch ein Unterdruck von 0,7 bar erreicht. Die Gleit­ fläche selbst war überwiegend frei von Korrosionsstellen, der Schieberverschleiß betrug 0,029 mm/100 h.
• 3. Pumpe mit vernickelter Gleitfläche. Am Versuchsende gab es flächige Korrosionsstellen auf dem Drehkolben, den Stirnflächen des Gehäuses und an den Seitendeckeln. Der Schieberverschleiß war 0,032 mm/100 h.
• 4. Pumpe mit Magnetit-Schutzschicht. Es gab keine Anzeichen für eine Korrosion, der Schieberverschleiß war 0,019 mm/100 h.
• 5. Pumpe mit Magnetit-Schutzschicht und Polymethacrylat- Harz-Infiltrierung. Ergebnisse wie unter 4.

Mit Öl geschmierte Pumpen aus dem gleichen Werkstoff ver­ halten sich im wesentlichen wie die im Trockenlauf unter­ suchten Pumpen.

Claims (7)

1. Korrosionsbeständige Drehschieberpumpe mit einem exzentrisch in einem Arbeitsraum gelagerten Dreh­ kolben, Gehäuse und Seitendeckeln aus einem Eisen­ werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Arbeitsraum zugekehrten Flächen von Dreh­ kolben, Gehäuse und Seitendeckeln mit einer Schutz­ schicht aus Magnetit versehen sind.

2. Drehschieberpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der Schutz­ schicht 0,005 bis 0,05 mm beträgt.

3. Drehschieberpumpe nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht mit einem Kunstharz infiltriert ist.

4. Drehschieberpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht mit einem Acrylatharz imprägniert ist.

5. Verfahren zum Herstellen einer Drehschieberpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drehkolben, Gehäuse und Seitendeckel der Pumpe bei einer Temperatur von 500 bis 650°C einer wasserdampf­ haltigen Atmosphäre ausgesetzt werden und auf der Ober­ fläche der Pumpenteile eine Schutzschicht aus Magnetit gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit Schutzschichten ver­ sehenen Teile der Pumpe bei einer Temperatur von 500 bis 650°C und einem Druck von 0,01 bis 0,05 bar ge­ tempert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mit den Schutz­ schichten versehenen Teile der Pumpe in die Schmelze oder Lösung eines Kunstharzes getaucht, die Poren der Schutzschicht mit dem Kunstharz gefüllt und die Pumpen­ teile zum Härten des Harzes auf wenigstens 80°C er­ hitzt werden.