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EP 1 148 243 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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23.06.2004 Patentblatt 2004/26 |
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Anmeldetag: 12.04.2001 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)7: F04C 2/107 |
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Kunstoffpumpenteil mit Schützoberfläche
Plastic pump part with protection surface
Pièce de pompe en matière plastique avec surface de protection
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR GB |
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Priorität: |
17.04.2000 DE 10018977 19.05.2000 DE 10024849
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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24.10.2001 Patentblatt 2001/43 |
(73) |
Patentinhaber: Netzsch Mohnopumpen GmbH |
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D-84478 Waldkraiburg (DE) |
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Erfinder: |
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- Höschele, Horst Heinz
74395 Mundelsheim (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 627 556 US-A- 5 120 204
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DE-B- 1 678 476 US-A- 5 498 142
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[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 mm
2). 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.
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.
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.
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.