PumpSTAR - Pumpen mit amorphen Kohlenstoffbeschichtungen zur Erhöhung von Standzeit, Anwendungsbreite, Ressourcen- und Energieeffizienz

Abstract

Amorphe Kohlenstoffschichten bieten aufgrund ihrer hohen Härte und geringen Reibwerte ein großes Potential zum Verschleißschutz und für tribologisch beanspruchte Bauteile. In der industriellen Anwendung bestehen jedoch Herausforderungen hinsichtlich Schichthaftung, Oberflächenrauheit und Temperaturbeständigkeit. Das F&E-Projekt PumpSTAR hatte zum Ziel, Pumpenteile mit amorphen Kohlenstoffbeschichtungen zur Steigerung von Standzeit, Anwendungsbreite und Energieeffizienz zu entwickeln und unter realen Bedingungen zu testen. Im Fokus standen ta-C-Schichten zum Schutz hydraulischer Komponenten vor hydroabrasivem Verschleiß. Im Rahmen von 6 Arbeitspaketen erfolgten die Herstellung von Prüfkörpern und Bauteilen, Labor- und Feldversuche sowie Prüfstandstests. Feldversuche mit ta-C-beschichteten Grauguss-Laufrädern in Pumpen für sandhaltiges Abwassers belegten eine signifikante Verschleißreduktion. Für Gleitlager u. Gleitringdichtungen wurden verschiedene DLC-Schichten auf hochlegierten Stählen getestet. Entscheidend ist dabei eine geringe Oberflächenrauheit, insbesondere ein niedriger Rpk-Wert. Für Gleitringdichtungen erwies sich Cr-Martensit mit einer speziellen a-C:H-Beschichtung gegen Graphit als besonders geeignet. Im Axialringtest war ta-C gegen ta-C bei Wasserschmierung und Raumtemp. bis 5,93 N/mm² belastbar, versagte jedoch bei höheren Temperaturen. Eine bestimmte a-C:H-Beschichtung hielt bis 200 °C stand. Ein Feldtest mit beschichteter Edelstahl-Hülse u. unbeschichteter metallischer Lagerbuchse in einer vertikalen Fernwärmepumpe verlief erfolgreich. Ergänzend wurden die Verfahren Borieren und Expanite® untersucht. Sie verbesserten die Strahlverschleißbeständigkeit deutlich. Die Projektergebnisse bilden eine belastbare Grundlage für industrielle Anwendungen und eröffnen Perspektiven für verschleißoptimierte Pumpentechnologien in Abwassertechnik und mediengeschmierten Lagern.