Kunstoffpumpenteil mit Schützoberfläche

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Kunststoffpumpenteile mit einer Schutzoberfläche, insbesondere Pumpenrotoren, Gelenkteile oder ahnliches.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststoffpumpenteile bereitzustellen, deren Verschleißbeständigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit derjenigen von Metallteilen entspricht.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] Die Gesamtschichtdicke der Deckschicht beträgt 50 µm bis 400 µm, je nach Einsatzzweck des beschichteten Kunststoffpumpenteils und Zahl der die Deckschicht ergebenden Materialschichten.

[0017] Der Kunststoffkern kann insbesondere aus Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyamid bestehen. Auch Mischungen dieser Materialien sind geeignet.

[0018] 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.

Ansprüche

1. Kunststoffpumpenteil mit Schutzoberflache, insbesondere Pumpenrotor, Gelenkteil oder ahnliches, mit

- einem Kunststoffkern,

- einer auf den Kunststoffkern aufgebrachten metallischen Verbindungsschicht, und

- einer auf die Verbindungsschicht aufgebrachten verschleißund/oder korrosionbeständigen Deckschicht,

dadurch 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.

2. Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verbindungsschicht aus Zink mit einer Reinheit von über 99% besteht.

3. Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zink eine Reinheit von ≥ 99,9% aufweist, insbesondere eine Reinheit von 99,99%.

4. Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verbindungsschicht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung besteht.

5. Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Silizium-Legierung zwischen 5% und 15% Silizium und als Rest Aluminium enthält.

6. 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.

7. 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.

8. Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht mittels Lichtbogenspritzen aufgebracht worden ist.

9. Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Anspruche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus Aluminiumoxid oder Chromoxid besteht.

10. Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Anspruche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus mehreren Schichten verschiedener Materialien besteht.

11. Kunststoffpumpenteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Deckschicht 50 µm bis 400 µm beträgt.

12. Kunststoffpumpenteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkern aus Polyetheretherketon oder Polyamid besteht.

Claims

1. Plastic pump component with a protective surface, particularly a pump rotor, a joint element or the like, comprising

- a plastic core,

- a metal link layer applied on said plastic core, and

- a wear-resistant and/or corrosion-resistant top layer applied on said link layer,

characterised in that said top layer consists of a cobalt/nickel/chromium/molybdenum mixture, tungsten carbide, chromium carbide or an oxide-ceramic material and is applied by high-speed flame spray coating, plasma or thermo spray powder spraying or by means of autogenous rod flame spray coating.

2. Plastic pump component according to Claim 1,
characterised in that said metal link layer consists of zinc having a purity level better than 99 %.

3. Plastic pump component according to Claim 2,
characterised in that the zinc has a purity level of ≥ 99.9 %, specifically a purity level of 99.99 %.

4. Plastic pump component according to Claim 4,
characterised in that said metal link layer consists of an aluminium/silicon alloy.

5. Plastic pump component according to Claim 4,
characterised in that said aluminium/silicon alloy contains between 5 % and 15 % of silicon, with the balance being aluminium.

6. Plastic pump component according to Claim 4 or 5,
characterised in that said aluminium/silicon alloy melts within a temperature range from 570 °C to 615 °C, particularly within a temperature range between 570 °C and 590 °C.

7. Plastic pump component according to any of the preceding Claims,
characterised in that the thickness of said link layer amounts to 25 µm to 150 µm, particularly to 50 µm to 100 µm.

8. Plastic pump component according to any of the preceding Claims,
characterised in that said link layer is applied by an electric-arc spraying process.

9. Plastic pump component according to any of the preceding Claims,
characterised in that said top layer consists of aluminium oxide or chromium oxide.

10. Plastic pump component according to any of the preceding Claims,
characterised in that said top layer consists of several layers of different materials.

11. Plastic pump component according to Claim 1,
characterised in that the thickness of said top layer amounts to 50 µm to 400 µm.

12. Plastic pump component according to any of the preceding Claims,
characterised in that said plastic core consists of polyether ether ketone or polyamide.

Revendications

1. Composant plastique de pompe à une surface de protection, en particulier d'un rotor de pompe, d'un rotor de pompe, d'un composant de joint ou d'un élément similaire, comprenant

- un noyau plastique,

- une couche de liaison métallique, appliquée audit noyau plastique, et

- une couche extérieure anti-abrasive et/ou résistante à la corrosion déposée sur ladite couche de liaison,

caractérisé en ce que ladite couche extérieure consiste en un mélange de cobalt/nickel/chrome/molybdène, en carbure de tungstène, en carbure de chrome ou en un matériau de céramique oxydée, et est déposé enduction par plastication à chaud à grande vitesse, par thermo poudrage ou poudrage à plasma, ou par plastication à chaud à barre autogène.

2. Composant plastique de pompe selon la revendication 1,
caractérisé en ce que ladite couche de liaison métallique consiste en zinc à une pureté plus haute que 99 %.

3. Composant plastique de pompe selon la revendication 2,
caractérisé en ce que le zinc a une pureté de ≥ 99,9 %, en particulier un niveau de pureté de 99,99 %.

4. Composant plastique de pompe selon la revendication 4,
caractérisé en ce que ladite couche de liaison métallique consiste en un alliage d'aluminium/silicium.

5. Composant plastique de pompe selon la revendication 4,
caractérisé en ce que ledit alliage d'aluminium/silicium contient entre 5 % et 15 % de silicium, le reste étant aluminium.

6. Composant plastique de pompe selon la revendication 4 ou 5,
caractérisé en ce que ledit alliage d'aluminium/silicium est mis en fusion au-dedans d'une gamme de températures de 570 °C à 615°C, en particulier au-dedans d'une gamme de températures entre 570 °C et 590 °C.

7. Composant plastique de pompe selon une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche de liaison correspond à 25 µm à 150 µm, en particulier à une valeur entre 50 µm et 100 µm.

8. Composant plastique de pompe selon une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ladite couche de liaison est déposée par un processus de pulvérisation à l'arc.

9. Composant plastique de pompe selon une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ladite couche extérieure consiste en oxyde d'aluminium ou en oxyde de chrome.

10. Composant plastique de pompe selon une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ladite couche extérieure consiste en plusieurs couches des matériaux différents.

11. Composant plastique de pompe selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche extérieure correspond à une valeur entre 50 µm et 400 µm.

12. Composant plastique de pompe selon une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ledit noyau plastique consiste en cétone de poly éther d'éther ou en polyamide.