EP1148243B1 - Kunstoffpumpenteil mit Schützoberfläche - Google Patents
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- EP1148243B1 EP1148243B1 EP01710019A EP01710019A EP1148243B1 EP 1148243 B1 EP1148243 B1 EP 1148243B1 EP 01710019 A EP01710019 A EP 01710019A EP 01710019 A EP01710019 A EP 01710019A EP 1148243 B1 EP1148243 B1 EP 1148243B1
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
Definitions
- the invention relates to plastic pump parts with a protective surface, especially pump rotors, joint parts or the like.
- Parts that are subjected to abrasive stress are conventionally made of metal made to ensure good wear resistance.
- Metal parts with a precisely machined surface are however, it is expensive to manufacture, since it usually involves a series of processing steps is required in order to be dimensioned precisely Finished part and to get a desired surface quality to achieve.
- Plastic parts can be with high accuracy and produce good surface quality inexpensively, for example by casting, pressing or others in this context known molding processes.
- a more wear-resistant around plastic parts It is known to give surface to the endangered Harden surfaces of a plastic part by some kind of varnish is applied to the plastic surface by heat treatment cures. With plastic glasses has this method has proven itself. For highly abrasive conditions, where e.g. the rotor is exposed to an eccentric screw pump, the hardening achieved with the aforementioned method is sufficient Plastic surface, however, by far not enough.
- JP 62-203988 A describes a rotor and a housing Pump, which consist of a fiber-reinforced plastic and with a layer of Ti deposited by ion plating or TiN are provided.
- DE 40 39 352 A1 describes a method and a device for the production of layers on plastic surfaces.
- a plastic surface first an adhesion-promoting primer, then an aluminum layer and finally a protective layer applied.
- the primer and the Protective layers consist of SiC or SiOC.
- the invention has for its object plastic pump parts to provide their wear resistance and / or corrosion resistance corresponds to that of metal parts.
- the top layer consists of a cobalt / Nickel / chrome / molybdenum mixture, made of tungsten carbide, chrome carbide, or an oxide ceramic material and is by means of high-speed flame spraying, Plasma or thermal spray powder spraying or applied by means of oxyacetylene flame spraying Service.
- the invention is based on the surprising finding underlying that by means of a metallic intermediate layer, the adheres well to the plastic core and is also excellent Primer for the actual wear and / or corrosion protection performing top layer forms, plastic pump parts can be produced, their wear resistance and / or corrosion resistance of those of metal parts not inferior.
- the wear and / or corrosion protection Top layer can be tailored to the desired To have surface properties. The above procedures have to apply the layers when coating of metal parts already proven and are experts on this Area known.
- the metallic connection layer consists of zinc with a purity of over 99%.
- the zinc preferably has one Purity of ⁇ 99.9%, especially a purity of 99.99%. ever the purer the zinc, the better the metallic connection layer adheres on the plastic core. Zinc with a purity of below 99% has proven unsuitable for the coating process exposed.
- the metallic connection layer made of an aluminum-silicon alloy.
- the aluminum-silicon alloy used preferably contains between 5 and 15 wt .-% silicon and as Rest aluminum.
- contamination by others Metals can be contained in usual amounts.
- it is not critical if up to 0.1% magnesium, 0.1% manganese, 0.5% Iron, 0.03% titanium, 0.03% copper, and / or 0.07% zinc in the Alloy are included.
- the relatively low melting point an aluminum-silicon alloy with the stated proportion Silicon is particularly beneficial since most plastics do not have a very high temperature resistance.
- Especially preferred aluminum-silicon alloys for the connection layer melt in a temperature range from 570 ° C to 615 ° C, especially in a temperature range from 570 ° C to 590 ° C.
- the material with material no. 3.2285 called.
- the layer thickness of the connecting layer is 25 ⁇ m to 150 ⁇ m and in particular 50 ⁇ m to 100 ⁇ m. If a certain Intended use or a certain material pairing require the layer thickness of the connection layer can be the specified But also fall below or exceed values.
- connection layer by means of arc spraying on the plastic core muster. With this type of application uniform connection layer thicknesses even on complicated molded plastic cores reach without the plastic material is too thermally stressed.
- the layers to be coated must be coated before the connection layer is applied Clean surfaces in the usual way, for example with industrial alcohol, or by targeted blasting activate.
- the cover layer consists of aluminum oxide or chromium oxide, can but also a composite layer made of different metal materials or be made of metal and oxide ceramic materials.
- the total layer thickness of the top layer is 50 ⁇ m to 400 ⁇ m, depending on the application of the coated plastic pump part and number of layers of material resulting in the top layer.
- the plastic core can in particular be made of polyether ether ketone (PEEK) or polyamide. Mixtures of these materials are suitable.
- the plastic pump parts according to the invention have comparable metal parts have a significantly lower weight and yet wear and / or corrosion resistance, which corresponds to those of the metal parts.
- the plastic pump parts according to the invention inexpensively manufacture, not least due to the weight-saving plastic core.
- the connection layer according to the invention enables only the application of wear and / or corrosion protection Top layer.
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Description
Die Erfindung betrifft Kunststoffpumpenteile mit einer Schutzoberfläche,
insbesondere Pumpenrotoren, Gelenkteile oder ahnliches.
Herkömmlicherweise werden abrasiv beanspruchte Teile aus Metall
hergestellt, um eine gute Verschleißbeständigkeit zu gewährleisten.
Metallteile mit einer präzis gearbeiteten Oberflache sind
jedoch fertigungsaufwendig, da zumeist eine Reihe von Bearbeitungsschritten
erforderlich ist, um zum genau dimensionierten
Fertigteil zu gelangen und um eine gewünschte Oberflachenqualität
zu erzielen.
Kunststoffteile hingegen lassen sich mit hoher Genauigkeit und
guter Oberflächenqualität kostengünstig herstellen, beispielsweise
durch Gießen, Pressen oder andere in diesem Zusammenhang
bekannte Formverfahren. Um Kunststoffteilen eine verschleißbeständigere
Oberfläche zu geben, ist es bekannt, die gefährdeten
Flächen eines Kunststoffteils zu härten, indem eine Art Lack
auf die Kunststoffoberfläche aufgetragen wird, der durch Warmebehandlung
aushärtet. Bei Kunststoffbrillenglasern hat sich
dieses Verfahren bewährt. Für stark abrasive Bedingungen, denen
z.B. der Rotor einer Exzenterschneckenpumpe ausgesetzt ist,
reicht die mit dem vorgenannten Verfahren erzielte Härtung der
Kunststoffoberfläche allerdings bei weitem nicht aus.
Aus der DE 1 687 476 ist eine Exzenterschneckenpumpe mit einem
Rotor bekannt, der aus Kunststoff geformt und mit einer Hartverchromungsschicht
versehen ist. Die Hartverchromungsschicht
wird elektrolytisch auf einer auf chemischen Wege aufgebrachten
Zwischenschicht aus Graphit oder Kupfer abgeschieden.
Die JP 62-203988 A beschreibt einen Rotor und ein Gehause einer
Pumpe, die aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen und
mit einer durch Ionenplattierten aufgebrachten Schicht aus Ti
oder TiN versehen sind.
Die DE 40 39 352 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Schichten auf Kunststoffoberflachen.
Durch ein PCVD-Beschichtungsverfahren wird auf einer Kunststoffoberfläche
zunächst eine haftvermittelnde Vorschicht,
anschließend eine Aluminiumschicht und zuletzt eine Schutzschicht
aufgebracht. Die haftvermittelnde Vorschicht und die
Schutzschicht bestehen jeweils aus SiC oder SiOC.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststoffpumpenteile
bereitzustellen, deren Verschleißbeständigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit
derjenigen von Metallteilen entspricht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit Kunststoffpumpenteilen
gelöst, die einen Kunststoffkern aufweisen, auf den eine
metallische Verbindungsschicht aufgebracht ist, auf die wiederum
eine verschleiß- und/oder korrosionbeständige Deckschicht
aufgebracht ist. Die Deckschicht besteht aus einer Kobalt/
Nickel/Chrom/Molybdän-Mischung, aus Wolframcarbid, Chromcarbid,
oder einem oxidkeramischen Werkstoff und ist mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen,
Plasma -oder Thermo-Spray-Pulverspritzen
oder mittels autogenem Stabflammspritzen aufgebracht
worden. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis
zugrunde, daß mittels einer metallischen Zwischenschicht, die
gut am Kunststoffkern haftet und zugleich einen hervorragenden
Haftgrund für die den eigentlichen Verschleiß- und/oder Korrosionsschutz
darstellende Deckschicht bildet, Kunststoffpumpenteile
hergestellt werden können, deren Verschleißbestandigkeit
und/oder Korrosionsbeständigkeit derjenigen von Metallteilen
nicht nachsteht. Die verschleiß- und/oder korrosionsschutzende
Deckschicht kann maßgeschneidert werden, um die gewünschten
Oberflächeneigenschaften aufzuweisen. Die oben genannten Verfahren
zum Auftragen der Schichten haben sich beim Beschichten
von Metallteilen bereits bewährt und sind Fachleuten auf diesem
Gebiet bekannt.
Zwei bestimmte metallische Verbindungsschichten haben sich als
besonders geeignet erwiesen. Gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung besteht die metallische Verbindungsschicht aus Zink
mit einer Reinheit von über 99%. Vorzugsweise hat das Zink eine
Reinheit von ≥ 99,9%, insbesondere eine Reinheit von 99,99%. Je
reiner das Zink ist, desto besser haftet die metallische Verbindungsschicht
am Kunststoffkern. Zink mit einer Reinheit von
unter 99% hat sich als ungeeignet für den Beschichtungsvorgang
herausgestellt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die
metallische Verbindungsschicht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung.
Vorzugsweise enthält die verwendete Aluminium-Silizium-Legierung
zwischen 5 und 15 Gew.-% Silizium und als
Rest Aluminium. Daneben können Verunreinigungen durch andere
Metalle in üblichen Mengen enthalten sein. So ist es beispielsweise
unkritisch, wenn bis zu 0,1% Magnesium, 0,1% Mangan, 0,5%
Eisen, 0,03% Titan, 0,03% Kupfer, und/oder 0,07% Zink in der
Legierung enthalten sind. Der relativ niedrige Schmelzpunkt
einer Aluminium-Silizium-Legierung mit dem genannten Anteil an
Silizium ist von besonderem Vorteil, da die meisten Kunststoffe
keine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. Besonders
bevorzugte Aluminium-Silizium-Legierungen für die Verbindungsschicht
schmelzen in einem Temperaturbereich von 570 °C bis
615 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 570 °C bis
590 °C.
Aluminium-Silizium-Legierungen der genannten Art haben eine
Zugfestigkeit von 150 bis 180 N/mm, eine 0,2-Dehngrenze von 70
bis 80 N/mm, eine Dehnung (1 = 5 d) von 4 bis 8%, und eine
elektrische Leitfähigkeit von ca. 20 m/(Ω x mm2). Als Beispiel
für eine gut als Verbindungsschicht geeignete Aluminium-Silizium-Legierung
sei hier der Werkstoff mit der Werkstoff-Nr.
3.2285 genannt.
Die Schichtdicke der Verbindungsschicht beuragz 25 µm bis
150 µm und insbesondere 50 µm bis 100 µm. Wenn ein bestimmter
Einsatzzweck oder eine bestimmte Materialpaarung es erfordern,
kann die Schichtdicke der Verbindungsschicht die angegebenen
Werte aber auch unterschreiten oder überschreiten.
Auf besonders vorteilhafte Art und Weise lässt sich die genannte
Verbindungsschicht mittels Lichtbogenspritzen auf den Kunststoffkern
aufbringen. Mit dieser Aufbringungsart lassen sich
gleichmäßige Verbindungsschichtdicken auch auf kompliziert
geformten Kunststoffkernen erreichen, ohne daß das Kunststoffmaterial
thermisch zu stark beansprucht wird.
Vor dem Aufbringen der Verbindungsschicht sind die zu beschichtenden
Flächen in üblicher Weise zu reinigen, beispielsweise
mit Industriealkohol, oder durch eine gezielte Strahlarbeit zu
aktivieren.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
besteht die Deckschicht aus Aluminiumoxid oder Chromoxid, kann
aber auch eine Komposit-Schicht aus verschiedenen Metallwerkstoffen
oder aus metall- und oxidkeramischen Werkstoffen sein.
Die Gesamtschichtdicke der Deckschicht beträgt 50 µm bis
400 µm, je nach Einsatzzweck des beschichteten Kunststoffpumpenteils
und Zahl der die Deckschicht ergebenden Materialschichten.
Der Kunststoffkern kann insbesondere aus Polyetheretherketon
(PEEK) oder Polyamid bestehen. Auch Mischungen dieser Materialien
sind geeignet.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffpumpenteile haben gegenüber
vergleichbaren Metallteilen ein deutlich niedrigeres Gewicht
und dennoch eine Verschleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit,
die denen der Metallteile entspricht. Darüberhinaus lassen sich
die erfindungsgemäßen Kunststoffpumpenteile kostengünstig
herstellen, nicht zuletzt durch den gewichtssparenden Kunststoffkern.
Die erfindungsgemäße Verbindungsschicht ermoglicht
erst das Aufbringen der verschleiß- und/oder korrosionsschützenden
Deckschicht.
Claims (12)
- Kunststoffpumpenteil mit Schutzoberflache, insbesondere Pumpenrotor, Gelenkteil oder ahnliches, mitdadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer Kobalt/Nickel/Chrom/Molybdän-Mischung, Wolframcarbid, Chromcarbid oder einem oxidkeramischen Werkstoff besteht und mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, Plasma- oder Thermo-Spray-Pulverspritzen, oder mittels autogenem Stabflammspritzen aufgebracht worden ist.einem Kunststoffkern,einer auf den Kunststoffkern aufgebrachten metallischen Verbindungsschicht, undeiner auf die Verbindungsschicht aufgebrachten verschleißund/oder korrosionbeständigen Deckschicht,
- Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verbindungsschicht aus Zink mit einer Reinheit von über 99% besteht. - Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zink eine Reinheit von ≥ 99,9% aufweist, insbesondere eine Reinheit von 99,99%. - Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verbindungsschicht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung besteht. - Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Silizium-Legierung zwischen 5% und 15% Silizium und als Rest Aluminium enthält. - Kunststoffpumpenteil nach Anspruch oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Silizium-Legierung in einem Temperaturbereich von 570 °C bis 615 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 570 °C bis 590 °C schmilzt. - Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Verbindungsschicht 25 µm bis 150 µm, insbesondere 50 µm bis 100 µm beträgt. - Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht mittels Lichtbogenspritzen aufgebracht worden ist. - Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Anspruche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus Aluminiumoxid oder Chromoxid besteht. - Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Anspruche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus mehreren Schichten verschiedener Materialien besteht. - Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Deckschicht 50 µm bis 400 µm beträgt. - Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkern aus Polyetheretherketon oder Polyamid besteht.
Applications Claiming Priority (4)
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