BE1027351B1 - Werkwijze voor het vervaardigen van machineonderdelen zoals, maar niet gelimiteerd tot compressors, expanders, of vacuümpompdelen en machinedelen vervaardigd door de werkwijze - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het behandelen van een oppervlak van een machineonderdeel, waarbij de werkwijze de stappen bevat: - aanbrengen van een patroon op het oppervlak van het machineonderdeel door middel van een laser; - aanbrengen van een coating op het van een patroon voorziene oppervlak.

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van machineonderdelen zoals, maar niet gelimiteerd tot compressors, expanders, of vacuümpompdelen en machinedelen vervaardigd door de werkwijze De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van machineonderdelen, zoals, maar niet beperkt tot compressors, expanders of vacuümpompdelen.

Het oppervlak van een machinedeel kan voorzien worden van een coating om het gedrag te beïnvloeden van een machinedeel. Voor olievrije schroefcompressoren, bijvoorbeeld, wordt een coating aangebracht op het oppervlak van de rotor en de behuizing om de werking van de olievrije schroefcompressor te verbeteren. De coating heeft meerdere doelen. Een doel is om de slijtage van het machinedeel te verminderen. Een ander doel is om de geleiding van warmte doorheen het machinedeel te verbeteren. Een ander doel is om het genereren van warmte tijdens de werking te minimaliseren. Nog een ander doel is om lekkage van lucht uit de luchtkamers gevormd tussen de machineonderdelen te minimaliseren.

Wanneer een machineonderdeel gecoat wordt, wordt beoogd om een goede hechting tussen de coatinglaag en het machineonderdeel te bekomen. In het bijzonder wanneer het machineonderdeel ouder wordt, kan een suboptimale hechting van de coatinglaag leiden tot delaminatie van de coatinglaag. Dit vermindert de operationele performantie van het machineonderdeel en kan de machine potentieel schaden. Om een goede hechting te bekomen, wordt het oppervlak van het machineonderdeel voorbehandeld voor het aanbrengen van de coating. Deze voorbehandeling bevat een of meerdere reinigmgsstappen, typisch mechanische en/of chemische reiniging. Tijdens het reinigen wordt vuil en vet verwijderd van het machineonderdeel. De voorbehandeling bevat typisch verder een opruwbewerking om de hechting van de coating te verbeteren. Een opruwbewerking kan uitgevoerd worden bijvoorbeeld door middel van zandstralen.

Een nadeel van bekende technieken om een oppervlak van een machineonderdeel te behandelen, is de noemenswaardige impact op de omgeving. In het bijzonder de voorbehandelingsstappen zoals reinigen en opruwen genereren schadelijke afvalstromen. Verder is minstens een deel van deze bewerkingen complex om te automatiseren zodanig dat een operator die de bewerkingen uitvoert risico draagt om in fysiek contact te komen met deze schadelijke afvalstromen.

Het is een doel van de huidige uitvinding om de behandeling van machmeonderdelen te verbeteren. Hiertoe voorziet de uitvinding in een werkwijze voor het behandelen van een oppervlak van een machineonderdeel, de werkwijze bevat de stappen: - aanbrengen van een patroon op het oppervlak van het machineonderdeel door middel van een laser;

? BE2020/5454 - aanbrengen van een coating op het van een patroon voorziene oppervlak.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat een laser kan gebruikt worden om een oppervlak van een machineonderdeel te reinigen en tegelijkertijd een ruwheid van het oppervlak te beïnvloeden. Door het aanbrengen van een patroon op het oppervlak, kan het oppervlak gereinigd worden en kan een vooraf bepaalde ruwheid verkregen worden. Verder wordt het vormen van schadelijke afvalstromen sterk gereduceerd gebruik makend van een laser, in vergelijking met traditionele reinigings- en opruwbewerkingen. Bijkomend kan het aanbrengen van het patroon op het oppervlak door middel van een laser geautomatiseerd worden, zodanig dat de last op, en het risico voor de operators verminderd wordt.

Bij voorkeur bevat de werkwijze verder het vervaardigen van het machineonderdeel. In de voorkeurs uitvoeringsvorm is het machineonderdeel een nieuw machineonderdeel. Alternatief kan het oppervlak van een reeds gebruikt machineonderdeel behandeld worden. Dit wordt ook een gerenoveerd machineonderdeel genoemd.

Bij voorkeur wordt het machineonderdeel geselecteerd uit een groep bestaande uit ten minste een deel van een schroefrotor voor een olievrije schroefcompressor, en ten minste een deel van cen behuizingselement voor zo een olievrije schroefcompressor. In het bijzonder in het domein van olievrije schroefcompressoren is gebleken dat de oppervlaktebehandeling van groot belang is voor de werking, efficiëntie en levensduur van de compressor. Om deze reden is de voorgestelde behandeling in het bijzonder voordelig voor olie vrije schroefcompressoren.

Bij voorkeur bevat de stap van het aanbrengen van het patroon: - ten minste een pad bepalen op het oppervlak zodanig dat het ten minste ene pad zich uitstrekt over het oppervlak; en - laten werken van de laser op zodanige wijze dat een laser centraal op het oppervlak invalt op het ten minste ene pad.

Bij voorkeur is de laser gericht naar het oppervlak zodanig dat deze straal op het oppervlak invalt onder een hoek van ongeveer 90°. Door op het oppervlak in te vallen onder een hoek van ongeveer 90°, wordt het grootste deel van de energie van de laserstraal overgebracht op het oppervlak. Verder worden reflectiestralen, die een schadelijk effect op de omgeving kunnen hebben, geminimaliseerd.

Bij voorkeur bevat het laten werken van de laser het verplaatsen van de laser ten opzichte van het oppervlak zodanig dat een punt waar de laser invalt genoemd ten minste een pad met een vooraf bepaalde snelheid volgt. Daarbij wordt opgemerkt dat het verplaatsen op een relatieve wijze gedefinieerd 1s, dat wil zeggen de laser ten opzichte van het oppervlak. Dit betekent dat de laser kan bewegen terwijl het oppervlak vast staat. Alternatief kan het oppervlak bewegen terwijl de laser vaststaat. Verder alternatief en bij voorkeur worden zowel de laser en het oppervlak bewogen om een vooraf bepaalde relatieve verplaatsing te bekomen van de laser ten opzichte van het

; BE2020/5454 oppervlak. Door het ten minste een pad met een vooraf bepaalde snelheid te volgen, valt de laser op het oppervlak in langs het pad. Omdat het pad zich uitstrekt over het oppervlak, valt de laser ook in op het gehele oppervlak.

Bij voorkeur is de laser een pulserende laser en bevat het laten werken van de laser het uitstellen van de laserstraal met een vooraf bepaalde werkingsfrequentie en met een vooraf bepaalde werkingsintensiteit. Verder bij voorkeur wordt de vooraf bepaalde snelheid en de vooraf bepaalde werkings frequentie in een vooraf bepaalde relatie ten opzichte van elkaar gehouden. Verder bij voorkeur is deze vooraf bepaalde relatie gekozen zodanig dat opeenvolgende laserstraalpulsen mvallen op locaties met een punt tot punt afstand ten opzichte van elkaar die kleiner is dan een diameter van het oppervlak waarop de laser invalt. De combinatie van deze kenmerken laat toe om op het oppervlak in te vallen langs het pad zonder onderbreking. Met andere woorden, wordt minstens het pad volledig behandeld en kunnen geen zones of oppervlaktedelen gevonden worden langs het pad die niet door de laserstraal bewerkt zijn. Een laserstraalpunt is gedefinieerd als een impactzone van een laserstraal dat detecteerbaar is op het oppervlak.

Bij voorkeur bevat het ten minste ene pad meerdere padsegmenten, waarbij aangrenzende padsegmenten een center tot center afstand hebben die bij voorkeur kleiner is dan de diameter van het impact oppervlak van de laser. Het effect van de voorkeursuitvoeringsvorm is ook dat tussen aangrenzende padsegmenten elk deel van het oppervlak behandeld is met de laserstraal. Met andere woorden kan geen oppervlaktedeel gevonden worden tussen aangrenzende padsegmenten, waar de laser het oppervlak niet behandeld heeft.

Bij voorkeur is het aanbrengen van een patroon geparametriseerd om een oppervlakteruwheid van het oppervlak te bekomen die hoger is dan 0,1 Ra, bij voorkeur hoger dan 1,3 Ra en optioneel ook een oppervlakteruwheid van het oppervlak hoger dan 10,0 Ry, bij voorkeur hoger dan 15,0 Ry. Praktijktesten en experimenten hebben aangetoond dat de coating kan aangebracht worden met een hoge graad van succes wanneer de oppervlakteruwheid hoger is dan 1,0 Ra en optioneel ook hoger dan 10,0 Ry. De parameters voor het aanbrengen van het patroon bevatten laserstraalintensiteit, verplaatsingssnelheid, werkmgsfrequentie, afstand tussen aangrenzende padsegmenten, welke verschillend geparametriseerd kunnen worden voor verschillende oppervlaktes. In het bijzonder het machineonderdeelmateriaal beïnvloedt hoe deze parameters gekozen moeten worden om de vooraf bepaalde oppervlakteruwheid te verkrijgen.

Bij voorkeur is de coating aangebracht in meerdere lagen. Verder bij voorkeur bevat de werkwijze verder het aanbrengen van een eerste coatinglaag op het oppervlak van het machineonderdeel voor de stap van het aanbrengen van een patroon, en waarbij het aanbrengen van een coating het aanbrengen van een tweede coatinglaag betreft op het van een patroon voorziene oppervlak. Dit kan gebruikt worden wanneer de kwaliteit van de eerste coatinglaag

* BE2020/5454 onvoldoende is, en het oppervlak een nieuwe coating nodig heeft. In dit geval, zal het aanbrengen van het laserpatroon de eerste coatinglaag verwijderen en het oppervlak voorbereiden voor goede hechting met de tweede coatinglaag. De kwaliteit van de eerste coatinglaag kan onvoldoende geacht worden nadat het machineonderdeel gebruikt is. De kwaliteit van de eerste coatinglaag kan ook onvoldoende geacht worden direct na het aanbrengen van deze laag, bijvoorbeeld wanneer er iets mis ging tijdens het vervaardigen.

Bij voorkeur heeft de coating een samenstelling zoals beschreven in de Europese octrooiaanvrage nr. 14155385.9, Europese octrooiaanvrage nr. 17169341.9 en Chinese octroolaanvrage nr. CN 105132086.

De uitvinding heeft verder betrekking op een olievrije schroefcompressor bevattende een rotor en een behuizing, waarvan ten minste een ten minste gedeeltelijk behandeld is volgens de uitvinding.

De bijgevoegde tekeningen worden slechts ter illustratie gebruikt van voorkeurs- en niet beperkende uitvoeringsvormen van inrichtingen volgens de huidige uitvinding. De hierboven genoemde en andere voordelen van kenmerken en doelen van de uitvinding zullen duidelijk worden, en de uitvinding zal beter begrepen worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving wanneer ze samen met de bijbehorende tekeningen wordt gelezen waarin: Figuur 1 enkele parameters illustreert van het aanbrengen van een patroon op een oppervlak met een laser, Figuur 2 een oppervlak toont dat met een laser behandeld is; Figuur 3 een ander oppervlak toont dat met een laser behandeld is; Figuur 4 een systeem toont voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; Figuur 5A-5D meerdere patronen toont; en Figuur 6A en 6B een dwarsdoorsnede en een bovenaanzicht toont, respectievelijk van een verder systeem voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

De werkwijze volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de stappen: - vervaardigen van het machineonderdeel: - aanbrengen van een patroon op het oppervlak van het machineonderdeel door middel van een laser; - aanbrengen van een coating op het van een patroon voorziene oppervlak. In een alternatieve uitvoeringsvorm omvat de werkwijze de stappen: - renoveren van een machineonderdeel; - aanbrengen van een patroon op het oppervlak van een machineonderdeel door middel van cen laser; - aanbrengen van een coating op het van een patroon voorziene oppervlak.

) BE2020/5454 De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder bruikbaar voor het vervaardigen van gecoate machineonderdelen, zoals bijvoorbeeld schroefrotoren of compressorbehuizingen voor olievrije schroefcompressoren, voor scroll of tandcompressor vervaardiging. Op analoge wijze kan de werkwijze toegepast worden voor het vervaardigen van rotoren, behuizingen of assen van expanders (bijvoorbeeld schroefexpanders), vacuümpompen (bijvoorbeeld vacuüm klauw) of lage druk toepassingen (bijvoorbeeld schroefbeladers).

Volgens een bijzondere uitvoermgsvorm van de uitvinding, omvat de stap van het aanbrengen van de coating op het van een patroon voorziene oppervlak elk coatingsamenstel zoals beschreven in Europese octrooiaanvragen nrs. 14155385.9 en 14169341.9, waar beide in hun geheel geïncorporeerd zijn door referentie in deze tekst, ten minste met als doel het voorzien van technische kenmerken met betrekking tot het aanbrengen van de coating en met als doel het voorzien van technische kenmerken van het coatingsamenstel zelf. Daarbij zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot deze specifieke coatingsamenstellen maar ook andere types van coatings kunnen toegepast worden.

Verder kan het polytetrafluoroethyleen gebonden vaste smeermiddel zoals beschreven in Chinese octrooiaanvrage nr. CN 105132086 gebruikt worden als coatingmateriaal en kan toegepast worden volgens een van de werkwijzen zoals beschreven in deze Chinese octrooiaanvrage, die hierin geïncorporeerd is door referentie ten minste voor het voorzien van technische kenmerken met betrekking tot het aanbrengen van de coating en met als doel het voorzien van technische kenmerken van de coatingsamenstelling zelf.

Meer in het bijzonder kan het coatingmateriaal gebruikt in een werkwijze volgens de uitvinding polytetrafluoroethyleen gebonden vaste smeermiddel zijn klaargemaakt met polyamide- imide, hars en epoxyhars als binders, polytetrafluoroethyleen, melamine cyanuraat en molybdeen disulfide als vaste smeermiddelen en een verdunningsmiddel en kan verschillende vulstoffen hebben en een reinigingsadditief. Het smeermiddel kan gecoat worden op de oppervlaktes van het machineonderdeel en kan blootgesteld worden aan verwarming en uitharding om polytetrafluoroethyleen gebonden vast smeermiddelcoatingslagen te vormen.

Een coatingmateriaal toegepast in een werkwijze volgens de uitvinding kan een thermoplastisch materiaal bevatten zoals bijvoorbeeld, maar niet uitsluitend polyaryletherketon (PAEK), polyetheretherketonen (PEEK). Additieven kunnen ook in het coatingmateriaal gevoegd worden zoals bijvoorbeeld alummiumoxide (A 1203), siliciumdioxide (S102), glas (bijvoorbeeld boorsilicaatglas). Grafiet kan toegevoegd worden in het coatmgmateriaal, al dan niet in combinatie met een van de hierboven genoemde verbindingen.

Een van de volgende elementen kan toegevoegd worden in het coatingmateriaal, alleen of in combinatie met een andere verbinding of additief: - hexagonaal boornitride;

° BE2020/5454 - carbon nanotubes (CNT): - talk; - polytetrafluoroethyleen (PTFE), - perfluoroalkoxypolymeer (bijvoorbeeld perfluoroalkoxyalkaan of PFA); - fluoroethyleen propeen (FEP): - elk ander fluorpolymeer; - siliconencarbide (SiC).

Alternatief kan het samenstel van het coatingmateriaal als volgt zijn: - polytetrafluoroethyleen (954G 303 C Teflon, DuPont) 750-850 - amorf grafietpoeder 300-400 - thinner voor sproei reinigingsapparaten (8395 thinner, DuPont) 200-270 - methyl ethyl keton (MEK) 170-220 - cellosolve acetaat coating additief (Syn Fac 800 hars) 200-300 Een bijzondere formulering van de nieuwe coating kan als volgt zijn: - polytetrafluoroethyleen (945G 303 C Teflon, DuPont) 800 - amorf grafietpoeder 360 - thinner voor sproei reinigingsapparaten (8395 thinner, DuPont) 240 - methyl ethyl keton (MEK) 195 - cellosolve acetaat coating additief (Syn Fac 800 hars) 240 Tests hebben aangetoond dat de stap van het aanbrengen van een patroon op een oppervlak van een machineonderdeel geheel of gedeeltelijk de noodzaak van het opruwen van dat oppervlak wegneemt, bijvoorbeeld door zandstralen, terwijl een goede hechting van het coatingmateriaal op het machineonderdeel kan verzekerd worden. Genoemd machineonderdeel is typisch een metaaldeel, bijvoorbeeld gietijzer.

De huidige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het renoveren van een machineonderdeel, zoals bijvoorbeeld een rotor of rotorbehuizing van een compressor, expander of vacuüm pomp waarbij de werkwijze de stappen bevat; a. verwijderen van een coatinglaag van een oppervlak van genoemd machineonderdeel door middel van een laser; en b. aanbrengen van een nieuw of additioneel coatingmateriaal op het met de laser behandelde oppervlak.

Volgens een verdere voorkeursuitvoering van de uitvinding, is stap a. uitgevoerd door middel van een laser welke een patroon op het oppervlak aanbrengt.

Figuur 1 illustreert schematisch het effect van het aanbrengen van het patroon 2 op een oppervlak door middel van een laser. De laser is een pulserende laser. De pulserende laser straalt een laserstraal met een vooraf bepaalde frequentie uit. Het resultaat is dat het optische vermogen op een impactzone arriveert in pulsen met een vooraf bepaalde duur en frequentie, typisch met een vooraf bepaalde herhalingscyclus. Zulke laser kan uitgevoerd worden gebruik makend van verschillende technologieën.

De laser die gebruikt wordt in de huidige uitvinding 1s bij voorkeur een pulserende laser omdat de toepassing voordeel heeft bij het genereren van pulsen met een vooraf bepaalde, grote hoeveelheid energie. Omdat de pulsenergie gelijk is aan het gemiddelde vermogen gedeeld door de herhalinsscyclus, kan de vooraf bepaalde hoeveelheid energie bereikt door het verlagen van de frequentie van pulsen zodat meer energie opgebouwd kan worden tussen pulsen. In laser erosie bijvoorbeeld, kan een klein volume aan materiaal van het oppervlak van het werkstuk verdampt worden onder meer het een op een hele korte tijd verhit wordt, terwijl het geleidelijk aanleveren van energie zou toelaten dat de warmte geabsorbeerd wordt in de massa van het stuk, waardoor nooit een temperatuur bereikt die hoog genoeg is op een bepaald punt.

Met verwijzing naar figuur 1 illustreert elk cirkel segment de impact van een laser puls op het te behandelen oppervlak. Een cirkel segment is geïllustreerd met referentiecijfer 1. Hierin toont een driedimensioneel coördinatensysteem met X-Y-Z richtingen. In het voorbeeld van figuur 1, strekt de laserstraal zich uit in de Z-richting terwijl het oppervlak zich in de X- en Y-richting uitstrekt. Om de energie die van de laser naar het oppervlak overgebracht wordt te maximaliseren, wordt de laserstraal bij voorkeur hoofdzakelijk loodrecht op het oppervlak georiënteerd.

Wanneer de laserstraal naar het oppervlak gericht is en met een vooraf bepaalde werkingsfrequentie werkt, beweegt de straal over het oppervlak langs een pad 2. De paden 2a en 2b vormen een patroon 2 dat het te behandelen oppervlak afdekt. Het patroon 2 bevat meerdere padsegmenten. Figuur 1 illustreert segmenten 2a en 2b die geplaatst zijn met een padsegmentafstand 4 van elkaar.

De laser is geconfigureerd met een laserstraaldiameter. Optische elementen van de laser, in combinatie met de afstand tussen de laserbron en het oppervlak, bepalen de diameter van de impactzone van de laserstraal op het oppervlak. De impactdiameter is geïllustreerd in figuur 1 met referentiecijfer 5. De laser heeft bij voorkeur een vermogen output die hoger is dan 50 Watt, bij voorkeur hoger dan 70 Watt, meer bij voorkeur hoger dan 90 Watt. Zulke vermogen output met een Juist gekozen laserstraaldiameter, zorgt bij voorkeur voor een energieoverdracht op het oppervlak dat hoger is dan 8 J/cm”, bij voorkeur hoger dan 12 J/em”, meer bij voorkeur hoger dan 18 J/cm”, meest bij voorkeur hoger dan 23 J/cm”.

De pulsfrequentie en snelheid waarmee de laserstraal beweegt over het oppervlak bepaalt een afstand tussen aangrenzende laserstraalimpactzones in een padsegment van het oppervlak. De

; BE2020/5454 afstand is geïllustreerd in figuur 1 met referentiecijfer 3, en is gemeten als segmentafstand. Bij voorkeur is de afstand 3 kleiner dan de diameter 5. De padsegmentafstand is ook bij voorkeur kleiner dan diameter 5.

Tests en simulaties hebben aangetoond dat een laserpulsimpact op een metaaloppervlak typisch door verbranden of verdampen de onzuiverheid zoals vet, vuil, oude coatings die aanwezig zijn op het oppervlak verwijdert. Verder creëert de laserpulsimpact een miniatuurkrater in het oppervlak van het metaal. De kraterdiepte en vorm is afhankelijk van het type van metaal, en kan experimenteel bepaald worden door de vakman. Laserpulsfrequentie en lasersnelheid bepalen afstand 3 tussen aangrenzende impactzones 1 ineen enkel padsegment 2a, 2b. Padsegmentafstand 4 bepaalt de afstand tussen laserimpactzones 1 in aangrenzende paden 2a, 2b. De pulsintensiteit bepaalt de diepte van de miniatuurkrater in het oppervlak, dat de impactzones 1 vormt. De puls diameter en de mvloed op de diepte van de krater in het oppervlak dat de impactzones 1 vormt. Ten minste de hierbovengenoemde parameters kunnen gebalanceerd worden om een vooraf bepaalde ruwheid van het oppervlak te verkrijgen.

De parameters worden gebalanceerd om een oppervlakteruwheid van het oppervlak hoger dan 1,0 Ra, bij voorkeur hoger dan 1,3 Ra te bekomen en bij voorkeur ook een oppervlakteruwheid van het oppervlak hoger dan 10,0 Ry, bij voorkeur hoger dan 15,0 Ry te bekomen. Ra is gedefinieerd als rekenkundig gemiddelde waarde, gemeten in um van de absolute waardes van de profielafwijkingen van de gemiddelde lijn binnen een bemonsteringslengte. De bemonsteringslengte kan vooraf bepaald zijn tussen 0,2 en 3,0 mm. De gemiddelde lijn is een referentielijn met de vorm van het geometrisch profiel en gepositioneerd zodanig dat binnen de bemonsteringslengte de som van kwadraten van de profielafwijkingen vanaf deze lijn mimimaal is. Ry is gedefinieerd als de afstand gemeten m um tussen de hoogste profielpiek en het laagste profieldal in het profieldiagram, verticaal gemeten, binnen de bemonstermgslengte. De meting van de wiskundige gemiddelde ruwheden Ra en Ry van het oppervlak worden bij voorkeur gedaan in overeenstemming ISO 4287:1997. Een vakman kan de parameters bepalen, gebaseerd op de leer hierboven om een vooraf bepaalde ruwheid van het oppervlak te verkrijgen. Het zal duidelijk zijn dat verschillende oppervlaktematerialen verschillende parameters zullen vereisen.

Bij voorkeur is het patroon gekozen om een oppervlakteruwheid te verkrijgen van maximum 3 Ra, bij voorkeur maximum 2,7 Ra. In plaats van het verhogen van de ruwheid door het aanbrengen van cen patroon, kan de ruwheid ook verlaagd worden. In het bijzonder kan door het verhogen van de overlap tussen aangrenzende laserstraalpunten, bijvoorbeeld door het verlagen van de padsegmentafstand 4 en/of het verlagen van de snelheid om de afstand tussen aangrenzende laserstraal impactzones te verkleinen tegen een padsegment, kan de ruwheid verlaagd worden.

Figuur 2 toont een voorbeeld van een oppervlak dat behandeld is door het aanbrengen van het patroon met een laser. In figuur 2 worden meerdere aangrenzende padsegmenten getoond,

) BE2020/5454 in analogie met figuur 1. Het resultaat 1s dat het oppervlak een patroon toont dat samengesteld is door meerdere aangrenzende kraters die gevormd zijn op het oppervlak. De aanwezigheid van deze kraters betekent dat elke onzuiverheid aanwezig was op het oppervlak voor het aanbrengen van het patroon door middel van de laser is verwijderd. Deze kraters, in het bijzonder door hun relatieve positie en opzichte van elkaar, geven het oppervlak een ruwheid. De ruwheid verzekert dat de coating goed hecht, zoals hierboven is beschreven.

Figuur 3 toont een ander voorbeeld van een oppervlak dat behandeld 1s door het aanbrengen van een patroon met een laser. In figuur 3 is de aangrenzende padafstand 4 groter dan de diameter 5. Het resultaat is dat tussen de paden 2, stroken van niet-behandeld eoppervlaktegebieden 6 kunnen waargenomen worden. Voor sommige te behandelen oppervlakten, kan dit voldoende zijn om de vooraf bepaalde ruwheid te bekomen. Dit kan voldoende zijn om een voldoende hechting van de coating te verkrijgen ondanks aanwezigheid van schijnbaar niet- behandelde oppervlaktegebieden 6. Omdat deze schijnbaar niet-behandelde oppervlaktegebieden 6 omsloten worden door behandelde oppervlaktegebieden worden onzuiverheden zoals vet verwijderd en wordt het niet-behandelde oppervlaktegebied 6 voldoende gereinigd. Aparte reinigingsstappen kunnen nodig zijn onzuiverheden van het oppervlak te verwijderen ten minste voor het aanbrengen van de coating. Zulke aparte reinigingsstappen zullen groterndeels overbodig zijn wanneer de laserstraal het gehele oppervlak door middel van het patroon bestraalt.

De laserstraal bestraalt hoofdzakelijk het gehele oppervlak wanneer de laserstraal snelheid langs het pad 2 gekozen is zodanig dat aangrenzende laserstraalimpactzones een center tot center afstand 3 hebben die kleiner is dan de laserimpactdiameter 5 en wanneer de afstand tussen de paden 2a en 2b klemer is dan de impactdiameter 5.

Figuur 4 illustreert een inrichting 10 waarbij ten minste een deel van de werkwijze van de uitvinding kan uitgevoerd worden. De inrichting 10 bevat een laserbron 11 en optische elementen 12 om een laserstraal 13 uit te stralen. De inrichting 10 bevat verder een ondersteuning 14 voor een machineonderdeel zijnde een rotor 15 van een compressor, bij voorkeur een rotor 15 voor een olievrije schroefcompressor. De inrichting bevat bij voorkeur een gebruikersinterface 16 om een gebruiker toe te laten de werkingsinstellingen van de inrichting 10 te regelen. De gebruikersinterface 16 is getoond als een integraal deel van de inrichting 10. Het zal duidelijk zijn dat de richting 10 alternatief een communicatiemodule heeft zodanig dat een externe gebruikersinterface 16 operationeel verbonden kan worden met de inrichting 10.

De uitvinding is in het bijzonder ontwikkeld voor het behandelen van oppervlaktes van rotoren 15 en behuizingonderdelen van olievrije compressoren. De coatings van zulke machineonderdelen worden aangebracht met hoge mechanische precisie en de machine onderdelen met de coatings worden in extreme omstandigheden gebruikt. Daarom is een voorbehandeling van het oppervlak, om te garanderen dat de coating optimaal kan aangebracht worden, voordelig.

Wanneer een patroon op een oppervlak aangebracht wordt met een complexe driedimensionale vorm zoals het oppervlak van een rotor 15, bevat de inrichting 10 bij voorkeur ten minste drie vrijheidsgraden, meer bij voorkeur 4 vrijheidsgraden, meest bij voorkeur 5 vrijheidsgraden.

In het getoonde voorbeeld, is de rotor 15 roteerbaar rond een opstaande as.

Verder zijn ten minste de optische elementen 12 van de laser, en bij voorkeur ook de laserbron, op en neer beweegbaar, geïllustreerd met pijl 17, en kunnen ze naar en weg van het machineonderdeel 15 bewogen worden zoals geïllustreerd met pijl 18. Bij voorkeur zijn de optische elementen 12 van de laser en meer bij voorkeur op de laserbron 11 roteerbaar rond een horizontale as zodanig dat de laserstraal 13 gedeeltelijk neerwaarts en gedeeltelijk opwaarts georiënteerd kan worden naar de rotor 15. Dit laat toe aan de laserstraal 15 om het oppervlak hoofdzakelijk loodrecht te bereiken zelfs wanneer verschillende oppervlaktesegmenten verschillende oriëntaties vertonen ten opzichte van de rotoras.

Alternatief kan de rotor 15 geroteerd worden rond een liggende as om de impacthoek van de laserstraal 13 relatief ten opzichte van de opwaartse as van de rotor 15 te veranderen.

Door het bedienen van verschillende bewegingen van de inrichting 10, kan de laserstraal 13 gericht worden naar het rotoroppervlak, minstens voor het grootste gedeelte van het oppervlak, op een hoofdzakelijk loodrechte wijze.

Dezelfde techniek kan toegepast worden voor het behandelen van delen van een compressorbehuizing, zoals hieronder zal uitgelegd worden met verwijzing naar figuur 6. Een alternatieve opstelling kan ook gebruikt worden waarin een laserboom gemonteerd wordt op een afstand van de laserstraaluitgang, en waarbij optische elementen de plaats controleren van de laserstraaluitgang en de richting waarm de laserstraal zich uitstrekt.

Figuur 5 illustreert meerdere patronen voor het behandelen van een oppervlak.

Figuur 5A toont een patroon waarvan meerdere aparte parallelle padsegmenten 2A, 2B, … 2E die naast elkaar liggen.

Zoals hierboven beschreven, kan de afstand tussen aangrenzende padsegmenten 2 gekozen worden om de voorkeursoppervlaktebehandeling te bekomen.

Figuur 5B toont een patroon bevattende een enkel pad dat over het oppervlak slingert.

Zulk een enkel pad kan gezien worden als meerdere met elkaar verbonden parallelle padsegmenten 2A, 2B, … 2E, welke padsegmenten naast elkaar liggen.

Zoals hierboven beschreven, kan de afstand tussen aangrenzende padsegmenten 2 gekozen worden om de voorkeursoppervlaktebehandeling te bekomen.

Het patroon van figuur 5B is voordelig omdat het een tijd efficiënt gebruik van de laser toelaat.

Het pad is continu zodanig dat de laser met een minimum aan onderbrekingen kan werken.

Figuur 5C toont een patroon bevattende een enkel pad dat over het oppervlak slingert waarbij meerdere padsegmenten niet parallel zijn.

De figuur toont twee zones 2F en 2G, en toont dat de oriëntatie van de padsegmenten in zone 2F verschillend is van de oriëntatie van de

U BE2020/5454 padsegmenten in zone 2G. Echter, het patroon is gekozen op zodanige wijze dat aangrenzende padsegmenten een vooraf bepaalde maximumafstand ten opzicht van elkaar hebben om de voorkeursoppervlaktebehandeling te bekomen.

Figuur 5D toont een verder patroon bevattende een spiraalvormig pad. Alternatief aan het spiraal kunnen concentrische cirkels gevormd worden. In het getoonde spiraalvormige pad kunnen spiraalsegmenten, die vrij gedefinieerd kunnen worden bijvoorbeeld zoals getond in de figuur, met een vooraf bepaalde afstand van elkaar gepositioneerd worden om de vooraf bepaalde oppervlaktebehandeling te bekomen.

De opstelling van figuur 4 is voorzien voor het aanbrengen van een patroon op een machineonderdeel met een hoofdzakelijk naar buiten gericht oppervlak. Een naar buiten gericht oppervlak is een oppervlak waarvan de loodrechte weg van het centrum van het machineonderdeel wijst. Daarbij kruist de loodrechte op het oppervlak typisch geen ander onderdeel van het machineonderdeel. Met andere woorden, heeft een hoofdzakelijk naar buiten gericht oppervlak een meerderheid aan convexe oppervlakte segmenten.

De opstelling van figuur 6 is voorzien voor het aanbrengen van cen patroon op een machineonderdeel met een hoofdzakelijk naar binnen gericht oppervlak. Een naar binnen gericht oppervlak is een oppervlak waarvan de oppervlak van de loodrechte op het oppervlak minstens gedeeltelijk naar het centrum van het machineonderdeel gericht is. Typisch kruist de loodrechte op een naar binnen gericht oppervlak een ander deel van het machineonderdeel, of komt er minstens kort bij. Met andere woorden, heeft een hoofdzakelijk naar binnen gericht oppervlak een meerderheid aan concave oppervlaktesegmenten.

Figuur 6 illustreert een opstelling voor het aanbrengen van een patroon aan een behuizing van een compressor bijvoorbeeld een olievrije schroefcompressor. Figuur 6A illustreert een dwarsdoorsnede en figuur 6B een bovenaanzicht. De opstelling bevat een laserbron 11. Een lichtgeleider opstelling bevat typisch een of meerdere spiegels en is voorzien om laserlicht te geleiden naar een laserstraaluitgang 19. De laserstraaluitgang 19 is aangepast om binnen de behuizing te bewegen. Dit is gedeeltelijk geïllustreerd door pijlen 20 en 21 in figuur 6A, en is gedeeltelijk geïllustreerd door de rotatiepijl 22 in figuur 6B. De vakman begrijpt dat een gecombineerde beweging kan roteren in een laserstraaluitgang 19 die gericht is naar het naar binnen gerichte oppervlak 23 om een vooraf bepaald pad te volgen dat een patroon vormt.

De uitvinding is niet beperkt tot uitvoeringen die hierboven als voorbeeld beschreven zijn, of tot werkwijzestappen die hierboven ter illustratie van de uitvinding opgelijst zijn, echter, de werkwijze volgens de uitvinding voor het vervaardigen van een machineonderdeel kan op vele wijzen gerealiseerd worden, zonder af te wijken van de beschermingsomvang.

Claims (15)

Conclusies

1. Werkwijze voor het behandelen van een oppervlak van een machineonderdeel (15, 24), waarbij de werkwijze de stappen bevat: - aanbrengen van een patroon (2) op het oppervlak van het machineonderdeel (15, 24) door middel van een laser (11, 12, 13); - aanbrengen van een coating op het van het patroon voorziene oppervlak.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de werkwijze verder bevat het vervaardigen van het machineonderdeel (15, 24).

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij genoemd machineonderdeel (15, 24) geselecteerd is uit een groep bestaande uit ten minste een deel van een schroefrotor (15) voor een olievrije schroefcompressor en ten minste een deel van een behuizingselement (24) voor zulke olievrije schroefcompressor.

4. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 3, waarbij de stap van het aanbrengen van een patroon (2) bevat: - bepalen van ten minste een pad (2a, 2b, … 2g) op het oppervlak zodanig dat het ten minste ene pad zich uitstrekt over het oppervlak; - laten werken van de laser (11, 12, 13) op zodanige wijze dat een laserstraal (13) van de laser het oppervlak raakt op het ten minste ene pad (2a, 2b, … 28).

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de laser (11, 12, 13) gericht is naar het oppervlak zodanig dat de laserstraal (13) het oppervlak raakt onder een hoek van ongeveer 90 graden.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, waarbij het laten werken van de laser (11, 12, 13) bevat het verplaatsen van de laser (11, 12, 13) ten opzichte van het oppervlak zodanig dat een raakpunt van de laserstraal (13) genoemd ten minste een pad (2a, 2b, … 29) volgt met een vooraf bepaalde snelheid.

7. Werkwijze volgens een van de conclusies 4 tot 6, waarbij de laser een pulserende laserbron (11) bevat en waarbij het laten werken van de laser (11, 12, 13) bevat het verzenden van de laserstraal (13) met een vooraf bepaalde werkingsfrequentie en een vooraf bepaalde werkingsintensiteit.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 en 7, waarbij de vooraf bepaalde snelheid en de vooraf bepaalde werkingsfrequentie m een vooraf bepaalde verhouding ten opzichte van elkaar gehouden wordt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij de vooraf bepaalde verhouding gekozen 1s zodanig dat opeenvolgende laserstraalpunten (1) een punt-tot-punt afstand (3) vertonen ten opzichte van elkaar die klemer is dan een laseroppervlakte impactdiameter (5).

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij ten minste een pad (2a, 2b, … 29) meerdere aangrenzende padsegmenten bevat, waarbij de aangrenzende padsegmenten een center- tot-center afstand (4) vertonen die kleiner is dan de laseroppervlakte impactdiameter (5).

11. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot 10, waarbij het aanbrengen van een patroon (2) geparametriseerd is om een oppervlakteruwheid van het oppervlak te bekomen die groter is dan 1,0 Ra, bij voorkeur groter dan 1,3 Ra en optioneel een oppervlakteruwheid van het oppervlak hoger dan 10,0 Ry, bij voorkeur hoger dan 15,0 Ry.

12. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 11, waarbij de coating aangebracht 1s in meerdere lagen.

13. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 12, verder bevattende het aanbrengen van een eerste coatinglaag op het oppervlak van het machineonderdeel voor de stap van het aanbrengen van een patroon (2) en waarbij het aanbrengen van een coating het aanbrengen van een tweede coatinglaag op het van een patroon voorziene oppervlak is.

14. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 13, waarbij de coating een van de samenstellingen heeft zoals beschreven in Europese octrooiaanvrage nr. 14155385.9, Europese octrooiaanvrage nr. 17169341.9 en Chinese octrooiaanvrage nr. CN 105132086.

15. Olievrije schroefcompressor bevattende een rotor (15) en een behuizing (24) waarvan ten minste een ten minste gedeeltelijk behandeld is volgens een van de conclusies 1 tot

14.