WO2024052159A1 - Verfahren zur herstellung einer gleitlagerbuchse, gleitlagerbuchse und verwendung eines mit kohlenstoff gefülltem polymeren werkstoffs - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gleitlagerbuchse, gleitlagerbuchse und verwendung eines mit kohlenstoff gefülltem polymeren werkstoffs Download PDF

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pump
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a plain bearing bushing, a plain bearing bushing for a pump and a pump for a dishwasher, in particular a dishwasher or the like, wherein the plain bearing bushing is formed from a polymeric material filled with carbon, the material having a thermoplastic polymer.
  • Plain bearing bushings are well known from the prior art and are regularly used to support pump shafts, for example circulation pumps in heating circuits or dishwashers.
  • pump shafts for example circulation pumps in heating circuits or dishwashers.
  • an impeller is rotatably mounted within a pump housing.
  • the plain bearings in the pump or the pump housing are surrounded by the medium to be pumped or the liquid in question or come into contact with it.
  • special requirements are placed on the sliding pairing of a pump shaft and the plain bearings.
  • the shaft can, for example, be made of a corrosion-resistant steel, a ceramic material or made of a composite material.
  • the water to be pumped contains dirt or corrosive substances.
  • Dishwasher water in particular is heavily contaminated with dirt, which is essentially made up of food residue.
  • This water also has a high salt content, alkaline detergent and polishing additives.
  • a material of the plain bearing is therefore exposed to corresponding wear, which can influence the service life and noise emissions of the pump.
  • Polytetrafluoroethylene is also one of the per- and polyfluorinated alkyl compounds (PFAS), which are widespread and are used in particular in textiles, electronic devices, food contact materials and medical devices.
  • PFAS per- and polyfluorinated alkyl compounds
  • EU European The Union
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a method for producing a plain bearing bushing, a plain bearing bushing, a pump and a use which enables cost-effective production and use that is unproblematic in terms of environmental and health aspects.
  • the plain bearing bushing is formed from a carbon-filled polymeric material, the material having a thermoplastic polymer, the thermoplastic polymer being meltable and having a melting point of ⁇ 230° C, wherein the material has a proportion of the thermoplastic polymer of > 20% by volume to 65% by volume and a proportion of the carbon of > 35% by volume to 80% by volume, the material is free of per- and polyfluorinated alkyl compounds (PFAS), with the plain bearing bushing being formed using an injection molding process.
  • PFAS per- and polyfluorinated alkyl compounds
  • the material or a molding compound is first formed by a mixture of carbon and the thermoplastic polymer in the specified proportions and then the plain bearing bush is produced using the injection molding process by injecting the material into a mold.
  • a meltable thermoplastic polymer with the specified melting temperature is used.
  • polytetrafluoroethylene which is not meltable
  • the wet mixing process, drying, sintering and post-processing can be dispensed with. It is also possible to significantly increase the proportion of carbon in the material and to reduce the proportion of the thermoplastic polymer, which can also save costs.
  • the material can advantageously have a proportion of the thermoplastic polymer of 20% by volume to ⁇ 50% by volume and a proportion of the carbon of >50% by volume to 80% by volume. As it turns out the process can be carried out particularly efficiently with these proportions of the thermoplastic polymer and the carbon.
  • the material can consist exclusively of carbon and the meltable thermoplastic polymer. In principle, however, it is also possible to add other polymers or other additives to the material, which can be processed in an injection molding process.
  • the material can be free of fluoropolymers, in particular polytetrafluoroethylene (PTFE) or ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), which are among the per- and polyfluorinated alkyl compounds.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • the material can be free of polyethylene (PE). This makes it possible to design the plain bearing bushing with a comparatively high temperature resistance.
  • a proportion of M0S2 (molybdenum(IV) sulfide or molybdenum disulfide) can advantageously be added to the material. This additive can further improve the sliding properties of the plain bearing bush.
  • the thermoplastic polymer can have a melting point of >170°C.
  • the melting point can be >180 °C, >190 °C or >200 °C.
  • the thermoplastic polymer can have a water absorption of >0.05% and ⁇ 3%, preferably >0.1% and ⁇ 2%.
  • the plain bearing bushing can then also be used advantageously where it comes into contact with a liquid, in particular with water.
  • the thermoplastic polymer can also have a water absorption of >0.5% and ⁇ 3% or of >1% and ⁇ 2%.
  • the thermoplastic polymer can have a density of >1.0 g/cm 3 and ⁇ 1.5 g/cm 3 .
  • thermoplastic polymer can have a dimensional stability temperature of >110°C and ⁇ 160°C at 0.45 MPa.
  • thermoplastic polymer can have a modulus of elasticity or tensile modulus of >1000 MPa and ⁇ 3500 MPa.
  • the thermoplastic polymer can also have a modulus of elasticity or tensile modulus of >1500 MPa and ⁇ 3500 MPa.
  • thermoplastic polymer can be chemical resistant.
  • thermoplastic polymer can have good chemical resistance to fats, oils, solvents, fuels, alkalis and salt solutions.
  • Graphite a predominantly carbon-containing solid, petroleum coke or a mixture of these substances can be used as carbon.
  • the substance in question can then initially be in powder form, which makes mixing with the thermoplastic polymer much easier.
  • a particularly chemical-resistant and temperature-stable plain bearing bushing can be formed.
  • a particularly favorable coefficient of friction for the plain bearing bushing can be achieved due to the high proportion of carbon.
  • a molding compound of the material can first be formed by melting the thermoplastic polymer and mixing it with carbon, whereby the molding compound can subsequently be introduced into an injection mold using an injection molding machine.
  • homogeneous mixing with carbon can easily be done in an extruder or compounder.
  • an injection molding machine it is also possible to use comparatively long plain bearing bushes or plain bearing bushes a comparatively high aspect ratio with almost any geometry.
  • the production of a long plain bearing bush or a plain bearing bush with a high aspect ratio is not easily possible, since wall friction effects prevent uniform compression and thus lead to inhomogeneous material properties over a length of the plain bearing bush.
  • Compounding or preparation of the material can be carried out in a screw extruder, preferably a twin-screw screw extruder. This also allows scrap parts to be returned to a material flow, among other things.
  • the plain bearing bush is machined at least on the bearing surfaces.
  • a particularly dimensionally stable plain bearing bush can be obtained by using the injection molding process, an even more precise adaptation to a shaft or axle of a pump wheel can be achieved through machining.
  • a surface of the plain bearing bushing can then advantageously be designed as a sliding surface.
  • the plain bearing bushing can be plasticized or granulated or comminuted and the material produced in this way can be used to produce a new plain bearing bushing using the method according to the invention.
  • plain bearing bushings produced using the method according to the invention can be classified as rejects due to dimensional deviations or other manufacturing errors.
  • These plain bearing bushings can then be plasticized or granulated or comminuted and subsequently plasticized, whereby this material can then be processed as recyclate in the injection molding process. This means that significant amounts of material can be saved.
  • the plain bearing bushing according to the invention for a pump, in particular a circulation pump or the like is made of a carbon-filled, polymeric material, the material having a thermoplastic polymer, the thermoplastic polymer being meltable and having a melting point of ⁇ 230 ° C, the material a proportion of the thermoplastic polymer of > 20% by volume to 65% by volume and a proportion of the carbon of > 35% by volume to 80% by volume, the material being free of per- and polyfluorinated alkyl compounds (PFAS), whereby the plain bearing bushing is formed using an injection molding process.
  • PFAS per- and polyfluorinated alkyl compounds
  • the pump according to the invention for a dishwasher is designed with an electric motor for driving an impeller of the pump, the electric motor being formed from a stator, a rotor and a shaft, the rotor and the impeller being attached to the shaft , wherein the shaft is rotatably mounted between the rotor and the pump wheel on at least one plain bearing of the pump, the plain bearing being designed with a plain bearing bushing according to the invention.
  • the plain bearing bushing can be arranged on the shaft in such a way that the plain bearing bushing can come into contact with a liquid that can be pumped by the pump.
  • the plain bearing bushing can be installed in a pump housing in such a way that the liquid inevitably comes into contact with the plain bearing bushing or flows around it.
  • the impeller of the pump is arranged immediately adjacent to the plain bearing bushing on the shaft.
  • the pump alone has a plain bearing bushing.
  • the shaft can be supported with two or more plain bearing bushes.
  • only a single plain bearing bushing can be provided, which is comparatively long or designed with a comparatively high aspect ratio. This means that a length of the plain bearing bushing can be dimensioned such that tipping of the shaft is avoided and a sufficiently secure storage of the shaft is possible.
  • the electric motor can advantageously be designed as a canned motor. This makes it possible to completely seal the rotor against a liquid to be pumped, which allows the liquid to flow around the rotor.
  • the rotor can be formed from a permanent magnet or a short-circuit winding, wherein a thrust washer of the pump attached to the shaft can rest on an axial side surface of the plain bearing bushing.
  • the thrust washer then allows axial mounting of the rotor and can absorb axial forces of the pump wheel if necessary.
  • the thrust washer can be attached to the shaft or the shaft can form the thrust washer.
  • the thrust washer can be made from the material of the shaft or from another material.
  • a carbon-filled, polymeric material with a melting point of ⁇ 230 ° C and with a proportion of a thermoplastic polymer of > 20% by volume to 65% by volume and a carbon content of > 35% by volume to 80% by volume, the material being free of per- and polyfluorinated alkyl compounds (PFAS), used to form a plain bearing bushing for a pump in an injection molding process.
  • PFAS per- and polyfluorinated alkyl compounds
  • the figure shows a side view of a plain bearing bushing 10.
  • the plain bearing bushing 10 is designed to be rotationally symmetrical and has a through opening 11 for receiving a shaft of a pump. Furthermore, a collar 13 is formed at one end 12 of the plain bearing bush 10. An inner surface 14 of the through opening 11 forms a radial sliding surface 15 and a side surface 16 of the collar 13 forms an axial sliding surface 17 for the shaft, not shown here, or a thrust washer located on the shaft.
  • the plain bearing bushing 10 can be pressed into a bearing seat of a pump housing of a pump, not shown here, via an outer surface 18. In particular, a ratio of a length L to a diameter D of the plain bearing bush 10 > 2: 1 is selected. This is possible because the plain bearing bushing 10 is formed using an injection molding process.
  • a carbon-filled, polymeric material is used, the material having a meltable thermoplastic polymer and being free of per- and polyfluorinated alkyl compounds.
  • a homogeneous molding compound with a proportion of the thermoplastic polymer of >20% by volume to 65% by volume and a proportion of carbon of >35% by volume to 80% by volume is formed using, for example, an extruder.
  • the molding compound is Melting point of ⁇ 230 ° C is introduced into an injection mold and the plain bearing bush 10 shown is formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse (10) für eine Pumpe, eine Gleitlagerbuchse, eine Pumpe mit einer Gleitlagerbuchse und die Verwendung eines Werkstoffs zur Ausbildung einer Gleitlagerbuchse, wobei die Gleitlagerbuchse aus einem mit Kohlenstoff gefüllten, polymeren Werkstoff ausgebildet wird, wobei der Werkstoff ein thermoplastisches Polymer aufweist, wobei das thermoplastische Polymer schmelzbar ist und einen Schmelzpunkt von ≤ 230 °C aufweist, wobei der Werkstoff einen Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol.-% bis 65 Vol.-.% und einen Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol.-% bis 80 Vol.-% aufweist, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) ist, wobei die Gleitlagerbuchse mittels eines Spritzgießverfahrens ausgebildet wird.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER GLEITLAGERBUCHSE, GLEITLAGERBUCHSE UND VERWENDUNG EINES MIT KOHLENSTOFF GEFÜLLTEM POLYMEREN WERKSTOFFS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse, eine Gleitlagerbuchse für eine Pumpe sowie eine Pumpe für eine Spülmaschine, insbesondere Geschirrspülmaschine oder dergleichen, wobei die Gleitlagerbuchse aus einem mit Kohlenstoff gefüllten, polymeren Werkstoff ausgebildet wird, wobei der Werkstoff ein thermoplastisches Polymer aufweist.
Gleitlagerbuchsen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden regelmäßig auch zur Lagerung von Pumpenwellen, beispielsweise von Umwälzpumpen in Heizkreisläufen oder auch Spülmaschinen, eingesetzt. Insbesondere ist bei derartigen Pumpen ein Pumpenrad innerhalb eines Pumpengehäuses drehbar gelagert. Die Gleitlager in der Pumpe bzw. dem Pumpengehäuse werden von dem zu fördernden Medium bzw. der betreffenden Flüssigkeit umspült bzw. gelangen mit dieser in Kontakt. Um eine lange Lebensdauer der Pumpe zu gewährleisten, werden besondere Anforderungen an eine Gleitpaarung einer Pumpenwelle und der Gleitlager gestellt. Die Welle kann beispielsweise aus einem korrosionsbeständigen Stahl, einem keramischen Werkstoff oder einem Verbundwerkstoff bestehen. Bei Pumpen für Heizkreisläufe oder Spülmaschinen sind in dem zu fördernden Wasser Schmutz oder korrosiv wirkende Stoffe enthalten. Insbesondere Spülmaschinenwässer sind stark mit Schmutz belastet, der sich im Wesentlichen aus Essensresten zusammensetzt. Dieses Wasser weist darüber hinaus einen hohen Salzgehalt, alkalisches Waschmittel und Polieradditive auf. Ein Werkstoff des Gleitlagers ist daher einem entsprechenden Verschleiß, welcher eine Lebensdauer und Geräuschemissionen der Pumpe beeinflussen kann, ausgesetzt.
So ist es bekannt, derartige Gleitlagerbuchsen für Pumpen aus mit Graphit gefüllten Polytetrafluorethylen (PTFE) herzustellen. Ein derartiger Verbundwerkstoff wird durch Mischung von Polytetrafluorethylen mit Graphit in einem Nassmischverfahren mit anschließender Trocknung hergestellt. Eine Formgebung erfolgt bei spielsweise durch Trockenpressen des Werkstoffs und Sintern bei ca. 300°C. Eine Nachbearbeitung zur Erzielung der gewünschten Toleranzen ist ebenfalls erforderlich. Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht eine Füllung des Polytetrafluorethylen mit bis zu 25 Vol. -% Graphit. Die guten Gleiteigenschaften des Polytetrafluorethylen, die Beständigkeit gegenüber Chemikalien, die Nachgiebigkeit gegenüber harten Schmutzpartikeln und die hohe Temperaturbelastbarkeit ermöglichen die Ausbildung langlebiger und geräuscharmer Gleitlagerbuchsen. Eine Herstellung einer derartigen Gleitlagerbuchse ist j edoch verhältnismäßig aufwendig und damit kostenintensiv.
Weiter zählt Polytetrafluorethylen zu den per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS), welche weit verbreitet sind und insbesondere in Textilien, Elektronikgeräten, Lebensmittelkontaktmaterialien oder Medizinprodukten zum Einsatz kommen. Es handelt sich im Allgemeinen um persistente Substanzen, welche in der Umwelt kaum abbaubar sind und mit zunehmender Konzentration in Organismen und in der Umwelt nachgewiesen werden können. Zudem gelten sie zumindest teilweise als gesundheits- sowie umweltschädlich. Aus diesem Grund hat die Europäi- sehe Union (EU) eine Verwendung einiger dieser Substanzen bereits beschränkt. Es steht zu befürchten, dass die Verwendung dieser Substanzen in der Zukunft weiteren Beschränkungen unterliegen könnte. Es ist daher wünschenswert, einen geeigneten Werkstoff zu finden, welcher die vorgenannte Problematik nicht aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse, eine Gleitlagerbuchse, eine Pumpe und eine Verwendung vorzuschlagen, das bzw. die eine kostengünstige und im Hinblick auf Umwelt- sowie Gesundheitsaspekte unproblematische Herstellung und Verwendung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Gleitlagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 12, eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und eine Verwendung eines Werkstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse für eine Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe oder dergleichen, wird die Gleitlagerbuchse aus einem mit Kohlenstoff gefüllten polymeren Werkstoff ausgebildet, wobei der Werkstoff ein thermoplastisches Polymer aufweist, wobei das thermoplastische Polymer schmelzbar ist und einen Schmelzpunkt von < 230 °C aufwei st, wobei der Werkstoff einen Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol. -% bis 65 Vol. -% und einen Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol. -% bis 80 Vol. -% aufweist, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) ist, wobei die Gleitlagerbuchse mittels eines Spritzgießverfahrens ausgebildet wird.
Demnach wird zunächst der Werkstoff bzw. eine Formmasse durch eine Mischung von Kohlenstoff und dem thermoplastischen Polymer in den angegebenen Anteilen ausgebildet und nachfolgend die Gleitlagerbuchse mittels des Spritzgießverfahrens durch Einspritzen des Werkstoffs in eine Form hergestellt. Dies wird insbesondere dadurch möglich, dass ein schmelzbares thermoplastisches Polymer mit der angegebenen Schmelztemperatur verwendet wird. Im Unterschied zu Polytetrafluorethylen, welches nicht schmelzbar i st, wird so die Ausführung des Spritzgießverfahrens möglich, wodurch eine Reihe von Arbeitsschritten eingespart werden kann. Insbesondere kann auf das Nassmischverfahren, eine Trocknung, ein Sintern und eine Nachbearbeitung verzichtet werden. Gleichfalls ist es möglich, einen Anteil an Kohlenstoff an dem Werkstoff wesentlich zu erhöhen und den Anteil an dem thermoplastischen Polymer zu vermindern, wodurch ebenfalls Kosten eingespart werden können. Weitere erzielbare Vorteile sind ein geringerer Schwund beim Spritzgießen und damit eine bessere Maßhaltigkeit sowie ein geringerer thermischer Ausdehnungskoeffizient und eine höhere Wärmeleitfähigkeit der Gleitlagerbuchse. Darüber hinaus können eventuell fehlerhaft hergestellte Gleitlagerbuchsen als Rezyklat mit dem Spritzgießverfahren wiederverwendet werden. Ferner macht die vergleichsweise geringe Schmelztemperatur einen vergleichsweise geringen Energieeinsatz erforderlich, wodurch Kosten eingespart werden können. Weiter kann durch die Füllung des polymeren Werkstoffes mit Kohlenstoff mit den vorgenannten Anteilen eine Gleiteigenschaft und eine Verschleißfestigkeit der Gleitlagerbuchse verbessert werden, wobei der hohe erzielbare Füllstoffgehalt zu einer zusätzlichen Einsparung von Kosten führt. Letztlich gestattet die Verwendung des Werkstoffes, welcher frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen ist, eine im Hinblick auf Umwelt- sowie Gesundheitsaspekte unproblematische Herstellung der Gleitlagerbuchse. Insgesamt wird die Gleitlagerbuchse durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich einfacher und damit kostengünstiger und zudem im Hinblick auf Umwelt- sowie Gesundheitsaspekte unproblematisch herstellbar.
Der Werkstoff kann vorteilhaft einen Anteil an dem thermoplasti schen Polymer von 20 Vol. -% bis < 50 Vol. -% und einen Anteil an dem Kohlenstoff von > 50 Vol. -% bis 80 Vol. -% aufweisen. Wie sich herausge- stellt hat, ist das Verfahren mit diesen Anteilen an dem thermoplastischen Polymer und dem Kohlenstoff besonders effizient durchführbar.
Der Werkstoff kann ausschließlich aus Kohlenstoff und dem schmelzbaren thermoplasti schen Polymer bestehen. Prinzipiell ist es j edoch auch möglich, dem Werkstoff weitere Polymere oder sonstige Additive beizumischen, die in einem Spritzgießverfahren verarbeitet werden können.
Insbesondere kann der Werkstoff frei von zu den per- und polyfluorier- ten Alkylverbindungen zählenden Fluorpolymeren, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE), sein.
Vorteilhafterweise kann der Werkstoff frei von Polyethylen (PE) sein. Dadurch ist es möglich, die Gleitlagerbuchse mit einer vergleichsweise hohen Temperaturfestigkeit auszubilden.
Vorteilhafterweise kann dem Werkstoff ein Anteil an M0S2 (Molyb- dän(IV)-sulfid bzw. Molybdändisulfid) zugesetzt werden. Durch dieses Additiv können die Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchse weiter verbessert werden.
Vorteilhafterweise kann das thermoplastische Polymer einen Schmelzpunkt von > 170 °C aufweisen. In alternativen Ausführungsformen des Verfahrens kann der Schmelzpunkt bei > 180 °C, > 190 °C oder > 200 °C liegen.
Vorteilhafterweise kann das thermoplastische Polymer eine Wasseraufnahme von > 0,05 % und < 3 %, vorzugsweise von > 0, 1 % und < 2 %, aufweisen. Die Gleitlagerbuchse kann dann auch vorteilhaft dort eingesetzt werden, wo diese mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, in Kontakt gelangt. Das thermoplastische Polymer kann auch eine Wasseraufnahme von > 0, 5 % und < 3 % oder von > 1 % und < 2 % aufwei- sen. Vorteilhafterweise kann das thermoplastische Polymer eine Dichte von > 1 ,0 g/cm3 und < 1 ,5 g/cm3 aufweisen.
Weiter kann das thermoplastische Polymer bei 0,45 MPa eine Formbeständigkeitstemperatur von > 1 10 °C und < 160 °C aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das thermoplastische Polymer ein Elastizitätsmodul bzw. Zugmodul von > 1000 MPa und < 3500 MPa aufweisen. Auch kann das thermoplastische Polymer ein Elastizitätsmodul bzw. Zugmodul von > 1500 MPa und < 3500 MPa aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das thermoplastische Polymer chemikalienbeständig sein. Insbesondere kann das thermoplastische Polymer eine gute chemische Beständigkeit gegenüber Fetten, Ölen, Lösungsmitteln, Kraftstoffen, Alkalien und Salzlösungen aufweisen.
Als Kohlenstoff kann Graphit, ein überwiegend kohlenstoffhaltiger Feststoff, Petrolkoks oder eine Mischung dieser Stoffe verwendet werden. Der betreffende Stoff kann dann zunächst in Pulverform vorliegen, was eine Mischung mit dem thermoplastischen Polymer wesentlich erleichtert. Insbesondere durch den vergleichsweise hohen Anteil des Kohlenstoffs an dem Werkstoff kann eine besonders chemikalienbeständige und temperaturstabile Gleitlagerbuchse ausgebildet werden. Weiter kann durch den hohen Anteil an Kohlenstoff ein besonders günstiger Reibungskoeffizient der Gleitlagerbuchse erzielt werden.
Im Rahmen des Verfahrens kann zunächst eine Formmasse des Werkstoffs durch Aufschmelzen des thermoplastischen Polymers und Mischen mit Kohlenstoff ausgebildet werden, wobei die Formmasse nachfolgend mittels einer Spritzgießmaschine in eine Spritzgießform eingebracht werden kann. Ein beispiel sweise homogenes Mi schen mit Kohlenstoff kann einfach in einem Extruder bzw. Compoundierer erfolgen. Durch die Verwendung einer Spritzgießmaschine wird es zudem möglich, auch vergleichsweise lange Gleitlagerbuchsen bzw. Gleitlagerbuchsen mit einem vergleichsweise hohen Aspektverhältnis mit nahezu beliebigen Geometrien auszubilden. Im Gegensatz dazu ist bei einer Formgebung durch Trockenpressen die Herstellung einer langen Gleitlagerbuchse bzw. einer Gleitlagerbuchse mit einem hohen Aspektverhältnis nicht ohne weiteres möglich, da Wandreibungseffekte eine gleichmäßige Verdichtung verhindern und damit zu inhomogenen Werkstoffeigenschaften über eine Länge der Gleitlagerbuchse führen.
Eine Compoundierung bzw. Aufbereitung des Werkstoffs kann in einem Schneckenextruder, vorzugsweise einem Doppelschnecken- Schneckenextruder erfolgen. Dies erlaubt unter anderem auch eine Rückführung von Ausschussteilen in einen Materialfluss.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Gleitlagerbuchse zumindest an den Lagerflächen spanend bearbeitet wird. Zwar kann durch die Anwendung des Spritzgießverfahrens bereits eine besonders maßhaltige Gleitlagerbuchse erhalten werden, j edoch kann durch eine spanende Bearbeitung eine noch genauere Anpassung an eine Welle bzw. Achse eines Pumpenrades erfolgen. Unter anderem ist es auch möglich, die Gleitlagerbuchse nach dem Spritzgießen durch beispielsweise Trowalisieren zu bearbeiten. Eine Oberfläche der Gleitlagerbuchse kann dann vorteilhaft als Gleitfläche ausgebildet werden.
Die Gleitlagerbuchse kann plastifiziert oder granuliert bzw. zerkleinert und der so hergestellte Werkstoff zu einer erneuten Herstellung einer Gleitlagerbuchse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Beispielsweise können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Gleitlagerbuchsen aufgrund von Maßabweichungen oder anderen Herstellungsfehlern als Ausschuss klassifiziert werden. Diese Gleitlagerbuchsen können dann plastifiziert oder granuliert bzw. zerkleinert und nachfolgend plastifiziert werden, wobei dieser Werkstoff dann als Rezyklat in dem Spritzgießverfahren verarbeitet werden kann. Dadurch können nicht unerhebliche Mengen an Werkstoff eingespart werden. Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse für eine Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe oder dergleichen, ist aus einem mit Kohlenstoff gefüllten, polymeren Werkstoff ausgebildet, wobei der Werkstoff ein thermoplastisches Polymer aufweist, wobei das thermoplastische Polymer schmelzbar ist und einen Schmelzpunkt von < 230 °C aufweist, wobei der Werkstoff einen Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol. -% bis 65 Vol. -% und einen Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol. -% bis 80 Vol. -% aufweist, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) ist, wobei die Gleitlagerbuchse mittels eines Spritzgießverfahrens ausgebildet ist. Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Gleitlagerbuchse wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Insbesondere entstehen bei der Herstellung der Gleitlagerbuchse im Spritzgießverfahren keine Dichteunterschiede, wie sie beim Trockenpressen und Sintern von Werkstoffen auftreten können. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Gleitlagerbuchse ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Pumpe für eine Spülmaschine, insbesondere Geschirrspülmaschine oder dergleichen, ist mit einem Elektromotor zum Antrieb eines Pumpenrads der Pumpe ausgebildet, wobei der Elektromotor aus einem Stator, einem Rotor und einer Welle ausgebildet ist, wobei der Rotor und das Pumpenrad an der Welle angebracht sind, wobei die Welle zwischenliegend dem Rotor und dem Pumpenrad an mindestens einem Gleitlager der Pumpe drehbar gelagert ist, wobei das Gleitlager mit einer erfindungsgemäßen Gleitlagerbuchse ausgebildet ist.
Die Gleitlagerbuchse kann derart an der Welle angeordnet sein, dass die Gleitlagerbuchse mit einer von der Pumpe förderbaren Flüssigkeit in Kontakt gelangen kann. Beispielsweise kann die Gleitlagerbuchse so in einem Pumpengehäuse verbaut sein, dass die Flüssigkeit zwangsläufig mit der Gleitlagerbuchse in Kontakt gelangt bzw. diese umspült. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Pumpenrad der Pumpe unmittelbar benachbart der Gleitlagerbuchse auf der Welle angeordnet ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Pumpe alleine eine Gleitlagerbuchse aufweist. Prinzipiell kann eine Lagerung der Welle mit zwei oder mehr Gleitlagerbuchsen erfolgen. Um Bauraum einzusparen, kann j edoch auch nur eine einzige Gleitlagerbuchse vorgesehen sein, die vergleichsweise lang bzw. mit einem vergleichsweise hohen Aspektverhältnis ausgebildet ist. Das heißt eine Länge der Gleitlagerbuchse kann so bemessen sein, dass ein Kippen der Welle vermieden wird und ein ausreichend sichere Lagerung der Welle möglich ist.
Vorteilhaft kann der Elektromotor als ein Spaltrohrmotor ausgebildet sein. Dadurch wird eine vollständige Abdichtung des Rotors gegenüber einer zu fördernden Flüssigkeit möglich, was ein Umspülen des Rotors mit der Flüssigkeit erlaubt.
Der Rotor kann aus einem Dauermagnet oder einer Kurzschlusswicklung ausgebildet sein, wobei eine an der Welle angebrachte Anlaufscheibe der Pumpe an einer axialen Seitenfläche der Gleitlagerbuchse anliegen kann. Die Anlaufscheibe erlaubt dann eine axiale Lagerung des Rotors und kann gegebenenfalls Axialkräfte des Pumpenrades aufnehmen. Die Anlaufscheibe kann auf die Welle aufgesteckt sein oder die Welle kann die Anlaufscheibe ausbilden. Vorzugsweise kann die Anlaufscheibe aus dem Material der Welle oder auch aus einem anderen Material ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Pumpe ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein mit Kohlenstoff gefüllter, polymerer Werkstoffs mit einem Schmelzpunkt von < 230 °C und mit einem Anteil an einem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol. -% bis 65 Vol. -% und einem Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol. -% bis 80 Vol. -%, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) i st, zur Ausbildung einer Gleitlagerbuchse für eine Pumpe in einem Spritzgießverfahren verwendet. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Verwendung dieses Werkstoffs ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 und den Anspruch 12 rückbezogenen Unteransprüchen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figur erläutert.
Die Figur zeigt eine Seitenansicht einer Gleitlagerbuchse 10. Die Gleitlagerbuchse 10 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und weist eine Durchgangsöffnung 1 1 zur Aufnahme einer Welle einer Pumpe auf. Weiter ist an einem Ende 12 der Gleitlagerbuchse 10 ein Bund 13 ausgebildet. Eine Innenfläche 14 der Durchgangsöffnung 1 1 bildet eine radiale Gleitfläche 15 und eine Seitenfläche 16 des Bunds 13 eine axiale Gleitfläche 17 für die hier nicht dargestellte Welle bzw. eine an der Welle befindliche Anlaufscheibe aus. Die Gleitlagerbuchse 10 kann über eine Außenfläche 18 in einen Lagersitz eines hier nicht dargestellten Pumpengehäuses einer Pumpe eingepresst werden. Insbesondere ist ein Verhältnis einer Länge L zu einem Durchmesser D der Gleitlagerbuchse 10 > 2 : 1 gewählt. Dies wird dadurch möglich, dass die Gleitlagerbuchse 10 mittels eines Spritzgießverfahrens ausgebildet wird.
Bei der Herstellung der Gleitlagerbuchse 10 wird ein mit Kohlenstoff gefüllter, polymerer Werkstoff verwendet, wobei der Werkstoff ein schmelzbares thermoplastisches Polymer aufweist und frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen ist. Zunächst wird eine homogene Formmasse mit einem Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol. -% bis 65 Vol. -% und einem Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol. -% bis 80 Vol. -% mit beispielsweise einem Extruder ausgebildet. Mittels einer Spritzgießmaschine wird die Formmasse mit einem Schmelzpunkt von < 230 °C in eine Spritzgießform eingebracht und so die dargestellte Gleitlagerbuchse 10 ausgebildet.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse (10) für eine Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe oder dergleichen, wobei die Gleitlagerbuchse aus einem mit Kohlenstoff gefüllten, polymeren Werkstoff ausgebildet wird, wobei der Werkstoff ein thermoplastisches Polymer aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das thermoplastische Polymer schmelzbar ist und einen Schmelzpunkt von < 230 °C aufweist, wobei der Werkstoff einen Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol.-% bis 65 Vol.- % und einen Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol.-% bis 80 Vol.- % aufweist, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) ist, wobei die Gleitlagerbuchse mittels eines Spritzgießverfahrens ausgebildet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Werkstoff frei von Fluorpolymeren, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE), ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Werkstoff frei von Polyethylen (PE) ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Werkstoff ein Anteil an M0S2 (Molybdän(IV)-sulfid) zugesetzt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das thermoplastische Polymer einen Schmelzpunkt von > 170 °C aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das thermoplastische Polymer eine Wasseraufnahme von > 0,05 % und < 3 %, vorzugsweise von > 0,1 % und < 2 %, aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das thermoplastische Polymer eine Dichte von > 1,0 g/cm3 und < 1,5 g/cm3 aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das thermoplastische Polymer chemikalienbeständig ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Kohlenstoff, Grafit, ein überwiegend kohlenstoffhaltiger Feststoff, Petrolkoks oder eine Mischung dieser Stoffe verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Formmasse des Werkstoffs durch Aufschmelzen des thermoplastischen Polymers und Mischen mit Kohlenstoff ausgebildet wird, wobei die Formmasse nachfolgend mittels einer Spritzgießmaschine in eine Spritzgießform eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Compoundierung des Werkstoffs in einem Schneckenextruder, vorzugsweise Doppelschneckenextruder, erfolgt.
12. Gleitlagerbuchse (10) für eine Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe oder dergleichen, wobei die Gleitlagerbuchse aus einem mit Kohlenstoff gefüllten, polymeren Werkstoff ausgebildet ist, wobei der Werkstoff ein thermoplastisches Polymer aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das thermoplastische Polymer schmelzbar ist und einen Schmelzpunkt von < 230 °C aufweist, wobei der Werkstoff einen Anteil an dem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol.-% bis 65 Vol.- % und einen Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol.-% bis 80 Vol.- % aufweist, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) ist, wobei die Gleitlagerbuchse mittels eines Spritzgießverfahrens ausgebildet ist.
13. Pumpe für eine Spülmaschine, insbesondere Geschirrspülmaschine oder dergleichen, mit einem Elektromotor zum Antrieb eines Pumpenrades der Pumpe, wobei der Elektromotor aus einem Stator, einem Rotor und einer Welle ausgebildet ist, wobei der Rotor und das Pum- penrad an der Welle angebracht sind, wobei die Welle zwischenliegend dem Rotor und dem Pumpenrad an mindestens einem Gleitlager der Pumpe drehbar gelagert ist, wobei das Gleitlager mit einer Gleitlagerbuchse (10) nach Anspruch 12 ausgebildet ist. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleitlagerbuchse (10) derart an der Welle angeordnet ist, dass die Gleitlagerbuchse mit einer von der Pumpe förderbaren Flüssigkeit in Kontakt gelangt. Pumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Pumpe alleine eine Gleitlagerbuchse (10) aufweist. Pumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Elektromotor als ein Spaltrohrmotor ausgebildet ist. Pumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rotor aus einem Dauermagnet oder einer Kurzschlusswicklung ausgebildet ist, wobei eine an der Welle angebrachte Anlaufscheibe der Pumpe an einer axialen Seitenfläche (17) der Gleitlagerbuchse (10) anliegt. Verwendung eines mit Kohlenstoff gefüllten, polymeren Werkstoffs mit einem Schmelzpunkt von < 230 °C und mit einem Anteil an einem thermoplastischen Polymer von > 20 Vol.-% bis 65 Vol.-% und einem Anteil an dem Kohlenstoff von > 35 Vol.-% bis 80 Vol.-%, wobei der Werkstoff frei von per- und polyfluorierten Alkylverbin- düngen (PFAS) i st, zur Ausbildung einer Gleitlagerbuchse ( 10) für eine Pumpe in einem Spritzgießverfahren.
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