DE102021109789A1 - Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils, insbesondere eines Spaltrohres oder Spalttopfes, dünnwandiges keramisches Bauteil und Elektromotor aufweisend das dünnwandige keramische Bauteil sowie Nassläuferpumpe - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils, insbesondere eines Spaltrohres oder Spalttopfes, dünnwandiges keramisches Bauteil und Elektromotor aufweisend das dünnwandige keramische Bauteil sowie Nassläuferpumpe Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils mit den Schritten:a) Herstellen eines Bauteilrohlings (1) aus Aluminium oder einer wenigstens Aluminium enthaltenden Legierung, welcher wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitt (11) aufweist,b) wenigstens teilbereichsweises Eloxieren des wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitts (11), wobeic) das Eloxieren derart durchgeführt wird, dass wenigstens ein Teilbereich des wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitts (11) in einer Dickenrichtung (D) des Wandabschnitts (11) wenigstens überwiegend, insbesondere vollständig anodisch oxidiert wird und somit zu einen Aluminiumoxidkeramikmaterial umgewandelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils, insbesondere eines Spaltrohres oder Spalttopfes, ein dünnwandiges keramisches Bauteil und einen Elektromotor aufweisend das dünnwandige keramische Bauteil sowie eine Nassläuferpumpe.
  • Aus der DE 10 2019 205 098 A1 ist ein Elektromotor mit verringertem Spalt zur Optimierung des magnetischen Flusses zwischen Rotor und Stator bekannt. Eine innere Polhülse des Stators ist dabei aus einem hochohmigen weichmagnetischen Verbundwerkstoff ausgebildet, wodurch der radiale Spaltabstand des Übergangsbereichs, in dem ein magnetischer Widerstand gebildet wird, der dem magnetischen Fluss zwischen einem Spulenkörper und einem Rotor entgegenwirkt, auf einen unvermeidbaren Luftspalt reduziert wird. Die Polhülse kann aus einem weichmagnetischen Pulverbundwerkstoff gebildet sein, der aus reinem Eisenpulver mit einer speziellen Oberflächenbeschichtung ausgebildet ist, wobei auf jedem einzelnen Eisenpulverpartikel eine elektrisch isolierende Oberfläche ausgebildet ist.
  • Aus der DE 20 2018 002 730 U1 ist ein Spalttopf aus kontinuierlich faserverstärktem Thermoplast bekannt.
  • Aus der DE 10 2018 002 206 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohres bekannt, wobei in einem Spritzgussverfahren zunächst eine thermoplastische Innenschicht hergestellt wird und diese zumindest teilweise von einer Trägerschicht aus duromerem Kunststoff mit Faserverstärkung umgeben ist, wobei die Trägerschicht unmittelbar auf der Innenschicht durch Aufbringen von Reaktionsharz in viskoser Form und durch Aufbringen von Verstärkungsfasern erzeugt wird.
  • Aus der WO 2014/063894 A2 ist eine Diffusionssperrschicht für Spaltrohre bekannt, wobei ein Spaltrohr zumindest teilweise mit einer Ethylsilikatbeschichtung versehen ist.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 768 233 A1 ist ein Spaltrohr bekannt, welches für einen nasslaufenden Elektromotor geeignet ist und welches aus einem nicht metallischen Material gefertigt ist, wobei das nicht metallische Material mit zumindest einer zusätzlichen hermetisch dichtenden Schicht versehen ist. Es wird auch vorgeschlagen, ein solches Spaltrohr für einen Elektromotor eines Pumpenaggregates einzusetzen.
  • Aus der EP 0 658 967 A2 ist eine Magnetkreiselpumpe für aggressive Medien bekannt geworden. Ein Elektromotor der Magnetkreiselpumpe besitzt einen Spalttopf, der aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist und der Faserverbundwerkstoff eine durch Ionenbeschuss aufgebrachte Beschichtung aus modifiziertem, amorphem Kohlenstoff aufweist.
  • Des Weiteren ist es allgemein üblich, metallische Spaltrohre vorzusehen, welche jedoch den Nachteil haben, dass das Magnetfeld im Luftspalt zwischen einem Stator und einem Rotor eines Elektromotors stark beeinflusst wird. Daher wird oftmals der Weg gegangen, das Spaltrohr aus einem Kunststoff, z. B. einem Faserverbundmaterial, herzustellen. Bei ganz besonderen Anforderungen, z. B. in der chemischen Industrie, bei denen mit aggressiven Medien gearbeitet wird, sind auch Keramik-Spalttöpfe im Einsatz. Diese sind jedoch durch den üblichen Sinterherstellungsvorgang relativ dickwandig und vergrößern dadurch den Spalt zwischen Rotor und Stator, was eine Wirkungsgradverminderung des Elektromotors bedeutet.
  • An diesem Punkt setzt die Erfindung an und hat sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils anzugeben, welches insbesondere zur Herstellung von Spaltrohren oder Spalttöpfen Verwendung finden kann, um zu erreichen, dass ein einerseits keramisches Spaltrohr bzw. ein keramischer Spalttopf ausgebildet werden kann und andererseits um eine besonders dünnwandige Herstellung, zumindest jedenfalls wesentlich dünnwandiger als ein Sinterherstellungsvorgang dies erlauben würde, anzugeben.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, präzise, sehr dünnwandige, wenigstens partiell keramische Bauteile, z. B. dünnwandige Spalttöpfe oder dünnwandige Spaltrohre, herzustellen. Im Falle von dünnwandigen Spalttöpfen als dünnwandige keramische Bauteile sollen zudem die dünnwandigen keramischen Töpfe einen stabilen Boden haben.
  • Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein dünnwandiges keramisches Bauteil, welches insbesondere als Spaltrohr oder Spalttopf geeignet ist, anzugeben. Weiterhin soll ein Elektromotor angegeben werden, welcher einen verbesserten Wirkungsgrad hat und insbesondere als Nassläufermotor einsetzbar ist.
  • Außerdem soll eine Nassläuferpumpe angegeben werden, die einen optimierten Wirkungsgrad besitzt.
  • Hinsichtlich des Verfahrens werden die Aufgaben mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Hinsichtlich des dünnwandigen keramischen Bauteils, insbesondere des Spaltrohres oder des Spalttopfes, werden die entsprechenden Aufgaben mit einem dünnwandigen keramischen Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
  • Hinsichtlich des Elektromotors werden die Aufgaben mit einem Elektromotor gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Hinsichtlich der Nassläuferpumpe werden die entsprechend gestellten Aufgaben mit einer Nassläuferpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils weist folgende Schritte auf:
    1. a) Herstellen eines Bauteilrohlings aus Aluminium oder einer wenigstens Aluminium enthaltenden Legierung, welcher wenigstens einen dünnwandigen Wandabschitt aufweist,
    2. b) wenigstens teilbereichsweises Eloxieren des wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitts, wobei
    3. c) das Eloxieren derart durchgeführt wird, dass wenigstens ein Teilbereich des wenigstens eines dünnwandigen Wandabschnitts in einer Dickenrichtung des Wandabschnitts wenigstens überwiegend, insbesondere vollständig anodisch oxidiert und somit zu einem Aluminiumoxid-Keramikmaterial umgewandelt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von besonderem Vorteil, dass zunächst ein Bauteilrohling in einem bewährten Verfahren prozesssicher und zuverlässig wenigstens mit einem dünnwandigen Wandabschnitt erzeugt werden kann. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein ausreichend dünnwandiger Bauteilrohling aus einem Aluminiumwerkstoff oder einer wenigstens Aluminium enthaltenden Legierung bei Anwendung eines Eloxierverfahrens zumindest teilweise, insbesondere bevorzugt vollständig in Dickenrichtung in einen keramischen Werkstoff umgewandelt werden kann, der aus einem Aluminiumoxid-Keramikmaterial besteht.
  • Gegenüber dem Sintern von dünnwandigen Bauteilen, welches hinsichtlich dünner Wandstärken stark eingeschränkt ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, dünnwandige vorgeformte Wandabschnitte teilweise oder vollständig aus keramischen Material herzustellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Bauteilrohling als Rohr oder als Topf ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann somit im Falle eines Rohres oder Topfes in einfacher Art und Weise ein Spaltrohr oder ein Spalttopf aus keramischen Material mit wenigstens einer sehr dünnen zylindrischen Wandung hergestellt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Bauteilrohling in einem Rückwärtskaltfließpressverfahren hergestellt.
  • Als Herstellverfahren für einen dünnwandigen Bauteilrohling ist das Rückwärtskaltfließpressverfahren bewährt. Mit diesem Verfahren sind in einem zylindrischen Bereich Wandstärken von deutlich weniger als 0,3 mm einfach erreichbar. Derartige Wandstärken sind im Sinterverfahren nicht oder nur äußerst unwirtschaftlich herstellbar.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass der wenigstens eine dünnwandige Wandabschnitt derart bemessen wird, dass mittels eines Eloxierverfahrens der Wandabschnitt in Dickenrichtung wenigstens überwiegend, insbesondere vollständig in einen Aluminiumoxid-Keramikwerkstoff umwandelbar ist, wobei eine Wandstärke des Wandabschnittes des Bauteilrohlings insbesondere 0,05 mm bis 0,15 mm, bevorzugt 0,8 mm bis 0,12 mm beträgt.
  • Für den Einsatz als Spaltrohr oder Spalttopf sind dünnwandige Bauteile mit einer Wanddicke im Bereich der dünnwandigen Wandabschnitte von 0,05 mm bis 0,15 mm bevorzugt. Derartige Wanddicken sind deswegen geeignet, weil sie mittels eines Eloxierverfahrens bei ausreichend langer und intensiver Anwendung in Dickenrichtung vollständig, wenigstens jedoch überwiegend, in Aluminiumoxid-Keramikwerkstoff umwandelbar sind und somit gegebenenfalls eine vollständig keramische Rohrwandung/Topfwandung für ein Spaltrohr oder einen Spalttopf herstellbar ist.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass das Eloxieren in Form eines Harteloxierverfahrens durchgeführt wird oder in Form eines Eloxierverfahrens, welches unter dem Markennamen „CompCote®“ bekannt ist, durchgeführt wird. Ein derartiges CompCote®-Verfahren wird beispielsweise von der Firma „aalberts-surface-technologies“ angeboten.
  • Das Eloxieren ist ein anodisches Oxidationsverfahren, welches eine poröse Keramikschicht bildet. Für den Einsatzfall eines Spaltrohres oder Spalttopfes in einem nasslaufenden Elektromotor ist es aber zwingend notwendig, dass das Spaltrohr bzw. der Spalttopf flüssigkeitsdicht ist. Ein poröses Material, wie es bei einem reinen Eloxierverfahren entsteht, ist hierfür ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen weniger geeignet.
  • Es bietet sich daher an, das Eloxierverfahren nach Art des sogenannten CompCote®-Verfahrens durchzuführen, bei dem während des Eloxierens Kunststoffbestandteile, insbesondere Polymerbestandteile in das entstehende Keramikmaterial eingelagert werden und somit die einzelnen Keramikteilchen, die während des Eloxierverfahrens entstehen, untereinander feuchtigkeitsdicht verbinden.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, mittels des Eloxierens ein Aluminium-Polymer-Komposit-Material zu erzeugen, wobei insbesondere Polymerbestandteile für eine fluiddichte Abdichtung von Poren einer Aluminiumoxid, insbesondere einer Al2O3-Schicht verwendet werden.
  • Durch die Abdichtung von Poren einer Aluminiumoxid-Keramikschicht mittels Polymerbestandteilen werden hierdurch erzeugte Rohre oder Töpfe besonders vorteilhaft als Spaltrohre oder Spalttöpfe einsetzbar.
  • Hinsichtlich des dünnwandigen keramischen Bauteils wird die Aufgabe mittels eines dünnwandigen keramischen Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, wobei das dünnwandige keramische Bauteil insbesondere als Spalttopf oder als Spaltrohr ausgebildet ist und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
  • Betreffend das dünnwandige keramische Bauteil gemäß der Erfindung gelten die oben erwähnten Vorteile, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbar sind entsprechend.
  • Weiterhin wird die Erfindung hinsichtlich des Elektromotors dadurch gelöst, dass dieser ein dünnwandiges keramisches Bauteil gemäß der Erfindung aufweist, wobei das dünnwandige keramische Bauteil insbesondere als Spalttopf oder als Spaltrohr zwischen einem Rotor und einem Stator des Elektromotors angeordnet ist.
  • Hinsichtlich eines erfindungsgemäßen Elektromotors kommt dieser in den Genuss der bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen dünnwandigen keramischen Bauteil erwähnten Vorteilen. Zudem ist durch die Verwendung eines Spaltrohres oder eines Spalttopfes, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, ein besonders dünner Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator des Elektromotors realisierbar, was den Wirkungsgrad des Motors erhöht.
  • Weiterhin löst die Erfindung die Aufgaben hinsichtlich der Nassläuferpumpe mit einer Nassläuferpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 9, wobei die Nassläuferpumpe insbesondere einen Elektromotor gemäß der Erfindung besitzt, der ein Spaltrohr oder einen Spalttopf gemäß der Erfindung aufweist.
  • Aus einem erfindungsgemäßen Elektromotor sind in besonders einfacher Art und Weise Nassläuferpumpen mit hohem Wirkungsgrad bildbar.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • 1a, 1b schematisch stark vereinfacht das Erzeugen eines Bauteilrohlings aus Aluminium mittels eines Rückwärtskaltfließpressvorganges;
    • 2 in einem Querschnitt einen Bauteilrohling, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
    • 3 in perspektivischer Ansicht ein dünnwandiges keramisches Bauteil gemäß der Erfindung, insbesondere in der Ausbildung als Spalttopf;
    • 4 eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht auf eine Nassläuferpumpe gemäß der Erfindung, welche einen Elektromotor gemäß der Erfindung aufweist, der einen Spalttopf gemäß der Erfindung besitzt.
  • 1a und 1b zeigen schematisch stark vereinfacht das Erzeugen eines Bauteilrohlings 1 aus Aluminium oder aus einer Aluminium aufweisenden Legierung mittels eines Rückwärtskaltfließpressvorganges.
  • Bei einem solchen Rückwärtskaltfließpressvorgang ist ein Butzen 2 aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung in eine Ausnehmung 3 einer Formmatrize 4 eingesetzt. Ein Pressstempel 5 hat einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung 3. Der Pressstempel 5 wird entlang der Pfeilrichtung 6 in die Ausnehmung 3 gepresst. Der Pressstempel 5 sitzt auf dem Butzen 2 auf. Durch Weiterbewegung des Pressstempels 5 in Richtung der Pfeilrichtung 6 wird das Material des Butzens 2 (Aluminium oder Aluminium enthaltende Legierung) kalt verformt und entlang von Wandungen 7 der Formmatrize 4 entgegen der Pfeilrichtung 6 (siehe Pfeilrichtung 8) verdrängt. Das verdrängte Material des Butzens 2 steigt somit entlang eines Spaltes zwischen dem Pressstempel 5 und den Wandungen 7 der Ausnehmung 3 an einer Außenwandung des Pressstempels 5 entlang nach oben und bildet somit eine Becherform.
  • Der so entstehende Bauteilrohling 1 besitzt einen Bodenabschnitt 10 und einen dünnwandigen Wandabschnitt 11. Der Bodenabschnitt 10 ist dabei bevorzugt deutlich dicker, insbesondere um Faktor 5 bis 10 dicker ausgebildet als eine Wandstärke t des dünnwandigen Wandabschnittes 11. Die Wandstärke t beträgt insbesondere 0,05 mm bis 0,15 mm, bevorzugt 0,08 mm bis 0,12 mm. Es wird somit ein Bauteilrohling 1 in Topfform oder Becherform hergestellt, der einen Bodenabschnitt 10 hat, der deutlich dicker ist als der dünnwandige, beispielsweise zylindrische Wandabschnitt 11. Nach einem Zurückziehen des Pressstempels 5 entgegen der Pfeilrichtung 6 aus der Ausnehmung 3 kann der so rückwärtskaltfließgepresste Bauteilrohling 1 aus der Ausnehmung 3 der Formmatrize 4 entnommen werden. Am Ende dieses Prozesses liegt somit ein Becher- und/oder - falls der Bodenabschnitt 10 entfernt wird - ein rohrförmiger Bauteilrohling 1 aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung vor.
  • Dieser Bauteilrohling 1 wird in einem weiteren Schritt gemäß 2 einer anodischen Oxidationsreaktion unterworfen. Insbesondere ist eine solche anodische Oxidation unter dem Verfahrensnamen „Eloxieren“ bekannt. Durch das Eloxieren wird Aluminium an der Oberfläche in einen Aluminiumoxid-Keramikwerkstoff, insbesondere in Al2O3-Keramikwerkstoff umgewandelt. Ein solches Eloxieren erfolgt von der Oberfläche des Bauteilrohlings 1 sowohl nach außen auftragend wie auch nach innen in das Aluminium bzw. in die Aluminium enthaltende Legierung hinein. Ein Bauteilabschnitt, welcher einer Eloxierung unterworfen wird, nimmt somit in seiner Dicke zu, wobei das metallische Ausgangsmaterial (Aluminium oder Aluminium enthaltende Legierung) zur Bildung der anodischen Oxidationskeramikschicht aufgebraucht wird. Erfindungsgemäß wird dieses Eloxieren bei dünnwandigen Wandabschnitten 11 durchgeführt, die im Beispiel gemäß 2 derart ausgebildet sind, dass sie eine metallische Wandstärke t (Aluminium oder Aluminium aufweisende Legierung) von z. B. 0,1 mm haben. Nach dem Eloxieren liegt eine höhere Wandstärke t' vor, wobei die gesamte oder wenigstens der überwiegende Teil des Ausgangsmaterials in Dickenrichtung D in einen Aluminiumoxid-Keramikwerkstoff, z. B. Al2O3 umgewandelt worden ist. Die Wanddicke t' des Aluminiumoxid-Keramikwerkstoffs ist beispielsweise im Vergleich zur Ausgangswandstärke t doppelt so groß und beträgt im Ausführungsbeispiel gemäß 2 0,2 mm.
  • Der Bodenabschnitt 10, der im Vergleich zum dünnwandigen Wandabschnitt 11 wesentlich dicker ausgebildet ist, erhält auch eine anodische Oxidationsschicht, z. B. aus einem Aluminiumoxid-Keramikwerkstoff bzw. einer Al2O3-Schicht. Da in dem dickeren Bodenabschnitt 10 mittels Eloxieren keine vollständige Umwandlung des metallischen Ausgangsstoffes des Bauteilrohling 1 stattfindet, verbleibt wenigstens teilbereichsweise ein metallischer Kern, der von einer Aluminiumoxid-Keramikschicht umgeben ist. Im Ergebnis entsteht somit ein Spalttopf 20, der einen Bodenabschnitt 10 besitzt, der einen metallischen Kern 21 aufweist, wobei der metallische Kern 21 von einer Aluminiumoxid-Keramikschicht 22 umgeben ist.
  • Ein derartiges Bauteil ist als Spalttopf 20 einsetzbar. Nach dem Entfernen des Bodenabschnitts 10 kann ein solches Bauteil auch als Spaltrohr (nicht gezeigt) eingesetzt werden, wenn beispielsweise lediglich der dünnwandige Wandabschnitt 11 des becherförmigen Bauteilrohlings 1 weiterverwendet wird.
  • 3 zeigt in vergrößerter perspektivischer Darstellung einen Spalttopf 20 gemäß der Erfindung, welcher im Bereich des dünnwandigen Wandabschnittes 11 wenigstens überwiegend, bevorzugt vollständig aus keramischem, insbesondere Aluminiumoxidkeramischen Material besteht und welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Ein solcher Spalttopf 20 kann an einer offenen Seite einen Kragen 23 besitzen.
  • Wie aus 4 ersichtlich, ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Spalttopf 20 zwischen einem Stator 100 und einem Rotor 101 eines Elektromotors 102 eingesetzt. Der Spalttopf 20 bzw. das Spaltrohr stützt sich mit seiner Außenfläche am Stator 100 ab. Der Elektromotor 102 ist beispielsweise als Nassläufermotor ausgebildet und bildet einen Antrieb einer Nassläuferfluidpumpe 104. Mittels des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spalttopfes 20 gelingt es, einen besonders dünnen Spalt zwischen dem Rotor 101 und dem Stator 100 des Elektromotors 102 zu realisieren. Hierdurch sind magnetische Verluste minimiert und so wird der Wirkungsgrad des Elektromotors 102 und der Nassläuferfluidpumpe 104, in der der erfindungsgemäße Elektromotor 102 eingesetzt ist, erhöht.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, derzeit minimal mittels Sinterverfahren herstellbare Wandstärken, die im Bereich von ca. 1,5 mm liegen, zu umgehen und ein Verfahren anzugeben, mit dem sehr dünnwandige keramische Bauteile herstellbar sind. Insbesondere können beispielsweise Bauteile mit einer Wandstärke von 0,1 mm (Bauteilrohlingswanddicke) dargestellt werden, wobei eine Bodendicke von z. B. 1,5 mm im Falle der Herstellung eines Spalttopfes realisierbar ist. Erfindungsgemäß gelingt dies durch Umwandlung des Aluminiummaterials mittels anodischer Oxidation in Al2O3. Bei diesem Verfahren wird eine auftretende Volumenvergrößerung durch Gefügeänderung ausgenutzt. Die Al2O3-Schicht baut sich zum Teil auf dem Aluminiumbauteilrohling auf. Zum Teil wächst die Schicht in den Aluminiumbauteilrohling hinein. Der Schichtaufbau erfolgt auf beiden Seiten des Aluminiumbauteilrohlings. Bei einer vollständigen Umwandlung des 0,1 mm starken Aluminiumzylindermantels des Bauteilrohlings ergibt sich beispielsweise ein Al2O3-Zylinderring mit etwa 0,2 mm Wandstärke.
  • Das Al2O3-Gefüge, welches nach klassischer Hartanodisierung eher porös ist und somit zu eher höherer Bruchanfälligkeit neigt, kann in besonders bevorzugter Ausführungsform die erfindungsgemäße Gefügeumwandlung nach dem sogenannten CompCote®-Verfahren hergestellt werden.
  • Durch einen hierbei entstehenden molekularen Verbund mit einem eingesetzten Polymer lassen sich bessere mechanische Eigenschaften und eine vollständige Fluiddichtheit des Al2O3-Gefüges erzielen. Weiterhin ist eine glatte Oberfläche zur Verminderung der viskosen Reibung im Luftspalt in besonderem Maße vorteilhaft herstellbar.
  • Insgesamt gelingt es mit der Erfindung, einen präzisen, fluiddichten Spalttopf oder ein entsprechendes Spaltrohr mit geringer, insbesondere mit 0,2 mm, Wandstärke im zylindrischen Bereich herzustellen. Derartige Spalttöpfe/Spaltrohre sind gut zur Applikation in einen Luftspalt eines vorhandenen Trockenläufermotors geeignet, ohne dass wesentliche Designänderungen des Trockenläufermotors vorgenommen werden müssen. Der bei einem Trockenläufermotor vorhandene geringe Luftspalt kann mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spalttopf keramisch gefüllt werden und somit kann der Trockenläufermotor ohne wesentliche Umkonstruktion des Motors in einen Nassläufermotor umgewandelt werden.
  • Die Vorteile eines kleinen Luftspaltes, wie sie bei Trockenläufermotoren realisiert werden können bleiben somit auch für einen Nassläufermotor bestehen.
  • Ein weiterer großer Vorteil eines Spaltrohres/Spalttopfes, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, ist dessen/deren hohe Verschleißfestigkeit der fluidbenetzten Innenwandung in Folge großer Härte und geringer Rauheit (hoher Glätte) der Oberfläche.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Bauteilrohling
    2
    Butzen
    3
    Ausnehmung
    4
    Formmatrize
    5
    Pressstempel
    6
    Pfeilrichtung
    7
    Wandungen
    8
    Pfeilrichtung
    10
    Bodenabschnitt
    11
    Dünnwandiger Wandabschnitt
    20
    Spalttopf
    21
    Kern
    22
    Aluminiumoxid-Keramikschicht
    23
    Kragen
    100
    Stator
    101
    Rotor
    102
    Elektromotor
    104
    Nassläuferfluidpumpe
    D
    Dickenrichtung
    t
    Wandstärke
    t'
    Wandstärke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019205098 A1 [0002]
    • DE 202018002730 U1 [0003]
    • DE 102018002206 A1 [0004]
    • WO 2014/063894 A2 [0005]
    • EP 1768233 A1 [0006]
    • EP 0658967 A2 [0007]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen keramischen Bauteils mit den Schritten: a) Herstellen eines Bauteilrohlings (1) aus Aluminium oder einer wenigstens Aluminium enthaltenden Legierung, welcher wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitt (11) aufweist, b) wenigstens tcilbcrcichsweises Eloxieren des wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitts (11), wobei c) das Eloxieren derart durchgeführt wird, dass wenigstens ein Teilbereich des wenigstens einen dünnwandigen Wandabschnitts (11) in einer Dickenrichtung (D) des Wandabschnitts (11) wenigstens überwiegend, insbesondere vollständig anodisch oxidiert wird und somit zu einen Aluminiumoxidkeramikmaterial umgewandelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilrohling (1) als Rohr oder als Topf ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilrohling (1) im Rückwärtskaltfließpressverfahren hergestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine dünnwandige Wandabschnitt (11) hinsichtlich seiner Dicke derart bemessen wird, dass mittels eines Eloxierverfahrens der Wandabschnitt (11) in Dickenrichtung (D) wenigstens überwiegend, insbesondere vollständig in einen Aluminiumoxidkeramikwerkstoff umwandelbar ist, wobei eine Wandstärke (t) des Wandabschnittes (11) insbesondere 0,05 mm bis 0,15 mm, bevorzugt 0,08 mm bis 0,12 mm beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eloxieren in Form eines Harteloxierverfahrens oder in Form eines CompCote®-Verfahrens der Firma aalberts-surface-technologies erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Eloxierens ein Aluminium-Polymer-Komposit-Material erzeugt wird, wobei insbesondere beim Eloxierprozess ein Polymermaterial zugegeben wird.
  7. Dünnwandiges keramisches Bauteil, insbesondere Spalttopf (20) oder Spaltrohr () zum Einsatz in einem Luftspalt eines Elektromotors (102), hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Elektromotor aufweisend ein dünnwandiges keramisches Bauteil nach Anspruch 7.
  9. Nassläuferpumpe aufweisend einen Elektromotor (102) nach Anspruch 8 oder ein dünnwandiges keramisches Bauteil (11) nach Anspruch 7.
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