DE3937197A1

DE3937197A1 - Multicell compressor - with borided high carbon pearlitic steel blades

Info

Publication number: DE3937197A1
Application number: DE3937197A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Suzuki; Shigeru Suzuki; Tatsuhiko Fukuoka; Shogo Muramatsu
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1988-11-09
Filing date: 1989-11-08
Publication date: 1990-05-10
Also published as: JPH02130289A

Abstract

A multicell compressor has several blades (b) mounted on a rotor (4) enclosed by a hollow cylinder (1), to the ends of which face plates are fixed, the rotor and the hollow cylinder being made of aluminium-contg. material. Each blade (6) has a pearlitic steel substrate contg. at least 0.7 wt.% carbon with a hard boron layer forming at least part of the substrate surface. ADVANTAGE - Use of the high carbon pearlitic steel allows relatively slow cooling from the boriding temp. to avoid distortion and cracking, while ensuring a higher hardness than that of conventional substrates so that deformation on collision is suppressed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vielzellenverdichter und insbesondere auf Verbesserungen in der Anordnung bzw. Ausbildung der Flügel eines solchen Verdichters.The invention relates to a multi-cell compressor and in particular on improvements in the arrangement or Formation of the blades of such a compressor.

Vielzellenverdichter kommen in weitem Umfang wegen ihrer Vorteile, d.h. ihrer Ausbildung mit geringer Größe und mit geringem Gewicht, zum Einsatz.Multi-cell compressors come to a large extent because of their Advantages, i.e. their training with small size and with light weight, for use.

Es wurden verschiedene Techniken in bezug auf die Metall materialien und Ausgestaltungen zur Fertigung der Bauteile von Vielzellenverdichtern, d.h. der Flügel, des Zylinder gehäuses, der Stirnplatten oder Deckel und des Rotors, ent wickelt, um das Gewicht von Verdichtern herkömmlicher Bauart zu verringern und deren Abdichtungseigenschaften zu verbes sern oder zu steigern.There have been various techniques related to the metal materials and designs for manufacturing the components of multi-cell compressors, i.e. the wing, the cylinder housing, the end plates or cover and the rotor, ent wraps around the weight of conventional type compressors to reduce and their sealing properties to verbes or increase.

Beispielsweise beschreibt die JP-Patent-OS Nr. 44 305/1974 eine Verbesserung in bezug auf das Flügelsubstrat sowie die Oberflächenbehandlung des Substrats, um den Abriebwiderstand, die mechanische Festigkeit und die Selbstschmiereigenschaf ten zu erhöhen. For example, JP Patent OS No. 44 305/1974 describes an improvement in the wing substrate as well as the Surface treatment of the substrate to reduce abrasion resistance, mechanical strength and self-lubricating properties to increase.

Die JP-Patent-OS Nr. 1 57 087/1982 offenbart einen Flügel sowie eine Stirnplatte, die Eisen(III)-Metall umfassen, einen Rotor sowie Zylindermantel, die Aluminiummaterial um fassen, und eine an der Innenfläche des Zylindermantels an geordnete Auskleidung, die Eisen(III)-Metall umfaßt.JP Patent OS No. 1 57 087/1982 discloses a grand piano as well as an end plate comprising iron (III) metal, a rotor as well as cylinder jacket, the aluminum material around grasp, and one on the inner surface of the cylinder jacket orderly liner comprising ferrous metal.

In der JP-GM-OS Nr. 27 101/1984 werden ein Zylindermantel, ein Rotor sowie ein Flügel, die eine Al-Si-Cu-Mg-Legierung (im folgenden als "Alsil-Legierung" bezeichnet) umfassen, und eine Oberflächenbehandlung der Bauteile, an denen die Flügel gleiten, offenbart.In JP-GM-OS No. 27 101/1984 a cylinder jacket, a rotor as well as a wing, which is an Al-Si-Cu-Mg alloy (hereinafter referred to as "Alsil alloy"), and a surface treatment of the components on which the Glide wings, revealed.

Aus den genannten Veröffentlichungen geht klar das Bestre ben hervor, den Mantel und den Rotor aus einer Al-Legierung zu fertigen, um die Forderung nach einer Gewichtsverminde rung zu erfüllen, und daß eine Al-Legierung mit hohem Si- Gehalt ein optimales Material ist, das den Forderungen in bezug auf mechanische Festigkeit sowie Abriebwiderstand ge nügt. Die Anwendung von verschiedenen Al-Legierungen für Vielzellen- oder Drehschieberverdichter ist deshalb Gegen stand jüngerer Untersuchungen gewesen.The aim is clear from the publications mentioned ben, the shell and the rotor from an Al alloy to manufacture the demand for a weight loss tion and that an Al alloy with high Content is an optimal material that meets the requirements in in terms of mechanical strength and abrasion resistance is enough. The use of various Al alloys for Multi-cell or rotary vane compressors are therefore counter stood recent investigations.

Die Al-Legierung mit hohem Si-Gehalt umfaßt Primärkristall- Silizium und eutektisches Silizium, die in der Legierungs struktur verstreut sind. Die Härte der Al-Legierung mit ho hem Si-Gehalt ist bemerkenswert hoch und liegt im Bereich von 1300-1500 HV (Vickershärte). Jedoch werden die herkömm licherweise verwendeten Flügel aus einem Eisen(III)-Metall gefertigt, dessen Härte gering ist. Beispielsweise fällt die Härte von abgeschrecktem Stahl SUJ2 (nach JIS= Japanese Industrial Standards) , der üblicherweise für die Flügel verwendet wird, in den Bereich von 650-800 HV. Wenn die aus Eisen(III)-Metall gefertigten Flügel und der Rotor sowie andere Teile aus einer Al-Legierung mit hohem Si-Ge halt zusammen zum Einsatz kommen, so unterliegen die Flügel einem starken Verschleiß und werden deren Oberflächen folg lich aufgerauht. Der Rotor und andere Bauteile werden somit ihrerseits durch die rauhen Flächen der Flügel verschlis sen. Ferner treten aus dem Rotor usw. Si-Körner aus, die zu abreibenden Mitteln werden, wodurch der Abrieb am Rotor usw. noch weiter erhöht wird. Darüber hinaus erhöhen die aufgerauhten Flächen der Flügel den Reibungskoeffizienten, wodurch mehr Hitze erzeugt wird, was das Problem des Fres sens hervorruft.The high Si Al alloy includes primary crystal Silicon and eutectic silicon used in the alloy structure are scattered. The hardness of the Al alloy with ho hem Si content is remarkably high and in the range from 1300-1500 HV (Vickers hardness). However, the conventional used iron (III) metal wings manufactured, the hardness is low. For example, falls the hardness of quenched steel SUJ2 (according to JIS = Japanese Industrial Standards), commonly used for the Wing is used in the range of 650-800 HV. If the blades made of iron (III) metal and the rotor and other parts made of an Al alloy with a high Si Ge if they are used together, the wings are subject a heavy wear and their surfaces will follow roughened. The rotor and other components are thus in turn worn out by the rough surfaces of the wings sen. Furthermore, Si grains emerge from the rotor, etc. become abrasive, causing abrasion on the rotor etc. is further increased. In addition, the roughened surfaces of the wings the coefficient of friction, which creates more heat, which is the problem of the Fres sens evokes.

Die JP-Patent-OS Nr. 1 59 685/1988 (der Anmelderin) offenbart einen Flügel mit einer Bor-Härtungsschicht (im folgenden als Bor-Hartschicht bezeichnet) an diesem, die eine Härte hat, welche so hoch wie 1400-2000 HV ist. Wenn solche Flügel mit dem Rotor usw. aus einer Al-Legierung mit hohem Si-Gehalt zusammengebaut und verwendet werden, so werden die Probleme in bezug auf einen Abrieb des Vielzellenver dichters geringer und kann dessen Fressen verhindert werden.JP Patent OS No. 1 59 685/1988 (applicant) discloses a wing with a boron hardening layer (hereinafter referred to as hard boron layer) on this, which is a hardness which is as high as 1400-2000 HV. If such Blade with the rotor, etc. made of a high alloy Si content can be assembled and used the problems related to abrasion of the multicell ver less poisonous and its eating can be prevented.

Zur Bildung der Bor-Hartschicht wird die Bor-Tauchbehand lung so ausgeführt, daß die Flügel in Borkarbidpulver, das auf 750-950°C erhitzt ist, eingetaucht und darin für meh rere Stunden gehalten werden, worauf die Flügel gekühlt und herausgenommen werden.The boron immersion treatment is used to form the hard boron layer lung executed so that the wings in boron carbide powder, the is heated to 750-950 ° C, immersed and in it for meh are held for several hours, after which the wings are cooled and be taken out.

Werden die Flügel rapid gekühlt, so verziehen sie sich stark, und es verbleiben an diesen Flügeln Oberflächen im Gußzustand. Diese Oberflächen im Gußzustand können manchmal nicht voll ständig nach einer Fertigbearbeitung beseitigt werden, oder es wird auf Grund einer übermäßigen Bearbeitung letztlich sogar die Bor-Hartschicht entfernt. Darüber hinaus entwic keln sich wegen des Unterschiedes im Schrumpf- oder Schwind maß Risse in der Bor-Hartschicht. Deshalb sollen die Flügel nach der Tauchbehandlung allmählich gekühlt werden, um diese Probleme zu vermeiden. Demzufolge wird der S45C-Stahl (JIS) enthaltende Flügel in einem Glüh- oder Anlaßzustand gehalten und die Härte des inneren Teils des Flügels nach der Bor- Tauchbehandlung vermindert. Im Fall der Herabsetzung der Härte des inneren Teils der Flügel werden diese verformt, wenn die Flügel sowie der Zylindermantel und/oder die Flügel sowie der Rotor miteinander kollidieren.If the wings are cooled rapidly, they warp strongly, and surfaces remain cast on these wings. These cast surfaces can sometimes not be full permanently removed after finishing, or it will eventually due to excessive editing even removed the hard boron layer. In addition develop they shrink due to the difference in shrinkage or shrinkage measured cracks in the hard boron layer. That is why the wings to be cooled gradually after the immersion treatment To avoid problems. As a result, the S45C steel (JIS) containing wings kept in a glow or temper condition and the hardness of the inner part of the wing after the boron Dipping treatment diminishes. In the case of a reduction in the Hardness of the inner part of the wings they are deformed, if the wings as well as the cylinder jacket and / or the wings and the rotor collide with each other.

Die Erfindung wurde konzipiert, um die oben genannten Pro bleme zu lösen. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, die Härte des inneren Teils des Flügels, an dem eine Bor- Hartschicht ausgebildet wird, zu erhöhen.The invention was conceived to be the above mentioned Pro solve problems. It is therefore the object of the invention the hardness of the inner part of the wing on which a boron Hard layer is formed to increase.

Ein Vielzellenverdichter gemäß der Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Flügeln, einen Rotor, an dem die Flügel ange bracht sind, einen die Außenfläche des Rotors umschließen den Zylindermantel und ein Paar von an den beiden Enden die ses Mantels befestigten Stirnplatten. Der Rotor und der Zylindermantel enthalten ein Aluminiummaterial. Die Flügel bestehen aus einem Substrat, das im wesentlichen eine Perlit struktur mit einem Gehalt von 0,7 Gew.-% oder darüber an Kohlenstoff aufweist, wobei wenigstens an einem Teil der Flächen des Substrats eine Bor-Hartschicht ausgebildet ist.A multi-cell compressor according to the invention comprises one A plurality of blades, a rotor on which the blades are attached are brought around the outer surface of the rotor the cylinder jacket and a pair of at both ends tied end plates. The rotor and the Cylinder jacket contain an aluminum material. The wings consist of a substrate that is essentially a pearlite structure with a content of 0.7% by weight or more Has carbon, at least in part of the A hard boron layer is formed on the surfaces of the substrate.

Der Rotor und der Zylinder werden aus einem Al-Material her gestellt, wobei unter Al-Material Aluminium oder eine Al-Le gierung zu verstehen ist, und zwar beispielsweise eine Al- Legierung mit hohem Si-Gehalt, eine Al-Si-Mg-Legierung, eine Al-Si-Cu-Mg-Legierung (Alsil-Legierung). Insbesondere enthält diese Alsil-Legierung etwa 10-30 Gew.-% an Si und ist in bezug auf den Abriebwiderstand hervorragend. Werden der Rotor und der Zylinder aus Al-Material gebildet, so kann ein Vielzellenverdichter mit geringem Gewicht und gutem Abriebwiderstand erlangt werden. The rotor and the cylinder are made of an Al material asked, under Al material aluminum or an Al-Le is to be understood, for example an alloy High Si alloy, an Al-Si-Mg alloy, an Al-Si-Cu-Mg alloy (Alsil alloy). In particular this Alsil alloy contains about 10-30% by weight of Si and is excellent in abrasion resistance. If the rotor and the cylinder are made of Al material, so can a multi-cell compressor with low weight and good abrasion resistance can be obtained.

Eines der hervorragenden Merkmale der Erfindung besteht in der Ausbildung der Flügel. Die Flügel des erfindungsgemäßen Vielzellenverdichters umfassen das Substrat und die Bor- Hartschicht. Das Substrat enthält 0,7 Gew.-% oder mehr an Kohlenstoff, und der größte Teil des Substratgefüges weist eine Perlitstruktur auf. Das Substrat wird aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,7 Gew.-% oder darüber gebildet, und das Substratgefüge wird in die Perlitstruktur durch eine Bor-Tauchbehandlung mit anschließender allmählicher Kühlung überführt. Die folgenden Stähle können für das Substrat ver wendet werden: SWRH72A, SWRH72B, SWRH77A, SWRH77B, SWRH82A, SWRH82B (Stahldrahtstäbe mit hohem Kohlenstoffgehalt nach JIS) und SK5 sowie SK6 (Werzeuge aus unlegiertem (Kohlen stoff-)Stahl nach JIS). Wenn das Substrat aus diesen Stählen gebildet wird, kann die Härte so hoch wie möglich beibehalten werden, weil diese weniger Ferrit enthalten.One of the outstanding features of the invention is in the formation of the wings. The wings of the invention Multi-cell compressors include the substrate and the boron Hard layer. The substrate contains 0.7% by weight or more Carbon, and most of the substrate structure shows a pearlite structure. The substrate is made of steel a carbon content of 0.7% by weight or more, and the substrate structure is in the pearlite structure by a Boron immersion treatment followed by gradual cooling transferred. The following steels can be used for the substrate can be used: SWRH72A, SWRH72B, SWRH77A, SWRH77B, SWRH82A, SWRH82B (steel wire rods with high carbon content after JIS) and SK5 and SK6 (tools made of unalloyed (coal steel) according to JIS). If the substrate is made of these steels is formed, the hardness can be maintained as high as possible because they contain less ferrite.

Die Bor-Hartschicht wird an wenigstens einem Teil der Flä chen des Substrats ausgebildet, und zwar bevorzugterweise an denjenigen Flächen, die mit dem Rotor und dem Zylinder in Berührung kommen. Selbstverständlich kann die Bor-Hart schicht an allen Flächen des Substrats vorgesehen werden. In Abhängigkeit von den Bedingungen der Behandlung und der Fertigbearbeitung kann die Bor-Hartschicht zu einer einzigen Schicht aus Fe ₂B oder zu zwei Schichten, in denen FeB und Fe₂B gemeinsam vorhanden sind, werden. Die Härte der Bor- Hartschicht fällt üblicherweise in den Bereich von 1400-2000 HV (Vickershärte). Ferner wird bevorzugt, daß die Dicke der Bor-Hartschicht 20 µm oder mehr beträgt. Die Oberflächenhärte neigt dazu, unzureichend zu sein, wenn die Schichtdicke zu gering, d.h. zu dünn, ist.The hard boron layer is formed on at least part of the surfaces of the substrate, preferably on those surfaces that come into contact with the rotor and the cylinder. Of course, the hard boron layer can be provided on all surfaces of the substrate. Depending on the conditions of treatment and finishing, the hard boron layer can become a single layer of F e ₂ B or two layers in which FeB and Fe ₂ B are present together. The hardness of the hard boron layer usually falls in the range of 1400-2000 HV (Vickers hardness). It is further preferred that the thickness of the hard boron layer is 20 µm or more. The surface hardness tends to be insufficient if the layer thickness is too thin, ie too thin.

Zur Ausbildung der Bor-Hartschicht kommen die folgenden Ver fahren zur Anwendung: ein Flüssig-, ein Elektrolyse- und ein Feststoffverfahren. The following ver are used to form the hard boron layer drive to application: a liquid, an electrolysis and a solid process.

Bei dem flüssigen Verfahren wird das Substrat in ein Salz schmelzebad für ein paar Stunden eingetaucht. Im Salzschmel zebad wird Borax (Na₂B₄O₇) mit beigegebenem Silizium- oder Borkarbid auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt.In the liquid process, the substrate is immersed in a molten salt bath for a few hours. In the molten salt bath, borax (Na ₂ B ₄ O ₇ ) is heated to a predetermined temperature with the added silicon or boron carbide.

Bei dem Elektrolyseverfahren wird das Substrat als die Ka thode verwendet, und es wird eine Elektrolyse in einem Salz schmelzebad für ein paar Stunden durchgeführt. Im Salzschmel zebad werden lediglich Borax oder eine Mischung von Borax und Siliziumkarbid oder von Borax und Natriumchlorid auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt.In the electrolysis process, the substrate is called the Ka method, and electrolysis in a salt melt bath performed for a few hours. In the salt melt Zebad are only borax or a mixture of borax and silicon carbide or borax and sodium chloride heated a predetermined temperature.

Bei dem Feststoffverfahren wird das Substrat in Pulver oder Partikel versenkt und bei einer vorbestimmten Temperatur über eine vorgegebene Zeit erhitzt. Bei den Pulvern oder Partikeln werden einer Mischung aus Borkarbid und Kohlen stoff Siliziumkarbid, Kaliumtetrafluoroborat (KBF₄) u. dgl. zugegeben.In the solid process, the substrate is sunk into powder or particles and heated at a predetermined temperature for a predetermined time. For the powders or particles, a mixture of boron carbide and carbon silicon carbide, potassium tetrafluoroborate (KBF ₄ ) and. Like. Admitted.

Es wird besonders bevorzugt, das Feststoffverfahren anzuwen den. In diesem Fall kann eine dicke Bor-Hartschicht von 70 µm oder darüber leichter als mit den anderen Verfahren erhalten werden.It is particularly preferred to use the solid process the. In this case, a thick hard boron layer of 70 µm or more lighter than with the other methods be preserved.

Zur Fertigung des erfindungsgemäßen Vielzellenverdichters werden zuerst die Flügelsubstrate aus einem 0,7 Gew.-% oder mehr Kohlenstoff enthaltenden Stahl hergestellt. Dann wird die Bor-Tauchbehandlung an wenigstens einem Teil der Flächen des Flügelsubstrats durchgeführt, und zwar üblicherweise bei einer Temperatur von 750-950°C für einige Stunden, um die Bor-Hartschicht an der Fläche des Substrats auszu bilden. Anschließend wird das Substrat allmählich gekühlt, um ein Verformen oder Verziehen des Substrats zu verhindern. Während des Kühlens tritt im Inneren des Substrats ein An lassen auf, jedoch wird das Substratgefüge zum größten Teil in eine Perlitstruktur überführt, die sich aus einem gerin gen Anteil an Ferrit zusammensetzt, was darauf beruht, daß das Flügelsubstrat eine große Menge an Kohlenstoff enthält. Die innere Härte der auf diese Weise erlangten Flügel wird folglich hoch gehalten, und gleichzeitig wird die Bor-Hart schicht von hoher Härte an den Flächen des Substrats gebildet.To manufacture the multi-cell compressor according to the invention are the wing substrates from a 0.7 wt .-% or made of more carbon-containing steel. Then it will be the boron immersion treatment on at least part of the surfaces of the wing substrate, usually at a temperature of 750-950 ° C for a few hours, to coat the hard boron layer on the surface of the substrate form. Then the substrate is gradually cooled, to prevent the substrate from deforming or warping. During cooling, an occurrence occurs inside the substrate leave on, but the substrate structure for the most part transformed into a pearlite structure, which consists of a gerin of ferrite, which is based on the fact that the wing substrate contains a large amount of carbon. The inner hardness of the wings obtained in this way becomes consequently held high, and at the same time the boron hard layer of high hardness formed on the surfaces of the substrate.

Der Rotor und der Zylinder haben ein geringes Gewicht und zeigen im Betrieb des Vielzellenverdichters einen hohen Ab riebwiderstand, da sie aus einem Al-Material bestehen. Die Entstehung eines Abriebs der Flügel im Betrieb kann verhin dert werden, weil die Bor-Hartschicht, die eine mit der Här te des Rotors und des Zylinders vergleichbare Härte aufweist, an den Flächen der Flügel ausgebildet ist. Eine Verformung der Flügel, wenn Kollisionen zwischen diesen sowie dem Rotor und/oder zwischen den Flügeln sowie dem Zylinder auftreten, kann unterbunden werden. Ferner wird verhindert, daß ein Klappern oder Schlagen hervorgerufen wird. Diese Vorteile werden auch durch die hohe innere Härte der Flügel bewirkt.The rotor and cylinder are lightweight and show a high Ab in operation of the multi-cell compressor friction resistance, since they consist of an Al material. The The wing can wear during operation be changed because the hard boron layer, the one with the hardness te of the rotor and the cylinder has comparable hardness, is formed on the surfaces of the wings. A deformation the wing when collisions between these as well as the rotor and / or occur between the wings and the cylinder, can be prevented. It also prevents a Rattling or beating. These advantages are also caused by the high internal hardness of the wings.

Da der Vielzellenverdichter gemäß der Erfindung die Flügel enthält, die die Bor-Hartschicht besitzen und innere Teile haben, deren Härte größer ist als die Innenhärte von her kömmlichen Flügeln, hat dieser Verdichter einen hervorra genden, dem Stand der Technik überlegenen Abriebwiderstand. Das Auftreten einer Verformung der Bauteile, die auf Kollo sionen dieser untereinander zurückzuführen ist, kann ebenso wie ein Schlagen oder Klappern unterbunden werden. Für den erfindungsgemäßen Vielzellenverdichter wird eine hohe Dauer leistung und Lebensdauer für eine lange Betriebszeit erlangt.Since the multi-cell compressor according to the invention, the blades contains the hard boron layer and internal parts have a hardness greater than the internal hardness from here conventional wings, this compressor has an outstanding abrasion resistance superior to the state of the art. The occurrence of a deformation of the components due to collo can be attributed to each other, as well like stopping or rattling. For the Multi-cell compressor according to the invention has a long duration performance and service life achieved for a long operating time.

Ferner kann die Festigkeit der Flügel auf einem hohen Wert gehalten werden, selbst wenn die Kühlgeschwindigkeit nach der Bor-Tauchbehandlung langsamer gegenüber der herkömmli chen Kühlgeschwindigkeit festgesetzt wird. Die niedrige Kühl geschwindigkeit ermöglicht des weiteren, eine Verformung der Flügel zu verhindern, die Anzahl der Endbearbeitungs schritte zu vermindern und die Bor-Hartschicht mit einer gleichförmigen sowie optimalen Dicke auszubilden. Zusätzlich kann das Entstehen von Rissen in der Bor-Hartschicht, die aus der Schrumpfrate resultieren, verhindert werden.Furthermore, the strength of the wings can be high be kept, even if the cooling speed after the boron immersion treatment is slower than the conventional one Chen cooling rate is set. The low cooling speed also allows deformation the wing prevent the number of finishes diminish steps and the hard boron layer with a to form uniform and optimal thickness. In addition can the formation of cracks in the hard boron layer that resulting from the shrink rate can be prevented.

Die Aufgabe und weitere Ziele der Erfindung wie auch deren Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung der derzeit bevor zugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:The object and further objects of the invention as well as its Features and benefits will emerge from the following on the Drawings referencing description of the forthcoming drafted embodiment of the subject of the invention clearly. Show it:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Flügels für einen Vielzellenverdichter; Figure 1 is an oblique view of a wing according to the invention for a multi-cell compressor.

Fig. 2 eine Mikrophotographie der Metallstruktur eines als bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung her gestellten Flügels; Figure 2 is a microphotograph of the metal structure of a wing made as a preferred embodiment according to the invention.

Fig. 3 eine Mikrophotographie der Metallstruktur eines als Vergleichsbeispiel hergestellten Flügels; Fig. 3 is a photomicrograph of the metallic structure of a wing manufactured as a comparative example;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Prüfung der Festigkeit eines Flügels; Fig. 4 is a schematic representation of a method for testing the strength of a wing;

Fig. 5 ein Streuungsdiagramm zu Beziehungen zwischen der inneren Härte und der Verformungsgröße von Flügeln; Fig. 5 is a scatter diagram showing relationships between the inner hardness and the amount of deformation of vanes;

Fig. 6 einen Achsschnitt eines Vielzellenverdichters und Fig. 6 is an axial section of a multi-cell compressor and

Fig. 7 einen Querschnitt eines Vielzellenverdichters gemäß der Erfindung. Fig. 7 shows a cross section of a multi-cell compressor according to the invention.

Preferred embodiment

Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, umfaßt der Vielzellenverdichter einen Zylinder 1 mit einer elliptischen Durchgangsbohrung, eine erste Stirnplatte 2 sowie eine zweite Stirnplatte 3, die an den beiden Enden des Zylinders 1 befestigt sind, einen in dem vom Zylinder 1 sowie den beiden Stirnplatten 2, 3 begrenzten Raum drehbar angeordneten Rotor 4, eine koaxial am Rotor 4 befestigte Antriebswelle 5 und vier Flügel 6, die in vier Schlitze 11, die im Rotor 4 von dessen Außenober fläche aus zu dessen Zentrum hin gerichtet sowie parallel zur Antriebswelle 5 ausgebildet sind, eingesetzt sind. Fer ner weist der Verdichter ein vorderes Gehäuseteil 7 sowie ein hinteres Gehäuseteil 8 auf, die die erste und zweite Stirnplatte 2, 3 einkapseln. In dem Raum zwischen der ersten Stirnplatte 2 sowie dem vorderen Gehäuseteil 7 ist eine Ein trittskammer 71, in dem Raum zwischen der zweiten Stirnplatte 3 sowie dem hinteren Gehäuseteil 8 ist eine Austrittskammer 81 ausgebildet. Durch eine Eintrittsöffnung 72 wird der Eintrittskammer 71 Kühlgas zugeführt, und das komprimierte Kühlgas wird in die Austrittskammer 81 geleitet sowie durch eine Austrittsöffnung 82 abgeführt. Mit Hilfe von Lagern 21 und 31 wird die Antriebswelle 5 in Lagerbohrungen der beiden Stirnplatten 2 und 3 gehalten. Das eine Ende 51 der Antriebswelle 5 ist ferner in einer gasdichten Packung 75 aufgenommen und ragt aus der Wellenbohrung des vorderen Ge häuseteils 7 vor. Ein angetriebener Mechanismus einer (nicht dargestellten) Magnetkupplung ist mit diesem Ende 51 der Welle 5 verbunden.As shown in FIGS. 6 and 7, the vane compressor includes a cylinder 1 with an elliptical through-hole, a first end plate 2 and a second end plate 3, which are attached to the two ends of the cylinder 1 a from the cylinder 1 and the two in the End plates 2 , 3 limited space rotatably arranged rotor 4 , a coaxially attached to the rotor 4 drive shaft 5 and four vanes 6 , which are formed in four slots 11 , the surface in the rotor 4 from its outer surface to the center thereof and parallel to the drive shaft 5 are used. Fer ner, the compressor has a front housing part 7 and a rear housing part 8 , which encapsulate the first and second end plates 2 , 3 . In the space between the first end plate 2 and the front housing part 7 is an entry chamber 71 , in the space between the second end plate 3 and the rear housing part 8 an outlet chamber 81 is formed. Cooling gas is fed to the inlet chamber 71 through an inlet opening 72 , and the compressed cooling gas is conducted into the outlet chamber 81 and discharged through an outlet opening 82 . With the help of bearings 21 and 31 , the drive shaft 5 is held in the bearing bores of the two end plates 2 and 3 . One end 51 of the drive shaft 5 is also received in a gas-tight packing 75 and protrudes from the shaft bore of the front housing part 7 Ge. A driven mechanism of a magnetic clutch (not shown) is connected to this end 51 of the shaft 5 .

Die vier Flügel 6 unterliegen einer zwangsläufigen Bewegung, die aus der Drehung des Rotors 4 resultiert, und ein auf hohen Druck gebrachtes Schmiermittel 83 wird aus der Hoch druck-Austrittskammer 81 so geführt, daß es mit der Innen fläche des Zylinders 1 in Berührung kommt. Die Flügel 6 lie gen an der Innenfläche des Zylinders 1 in gasdichter Weise mit ihren äußeren Stirnkanten an und gleiten an dieser Flä che. Die beiden Seitenkanten der Flügel 6 sind mit den inne ren Wandflächen der beiden Stirnplatten 2, 3 gasdicht in Anlage und gleiten an diesen Wandflächen. The four wings 6 are subject to an inevitable movement resulting from the rotation of the rotor 4 , and a high-pressure lubricant 83 is guided from the high-pressure outlet chamber 81 so that it comes into contact with the inner surface of the cylinder 1 . The wings 6 lie on the inner surface of the cylinder 1 in a gas-tight manner with their outer end edges and slide on this surface. The two side edges of the wing 6 are gas-tight in contact with the inner wall surfaces of the two end plates 2 , 3 and slide on these wall surfaces.

Eine vom Zylinder 1 sowie von den beiden Stirnplatten 2 und 3 umschlossene Kompressionskammer V ist in vier Kompressions zellen V 1, V 2, V 3 und V 4, die vom Rotor 4 und je zwei der vier Flügel 6 begrenzt werden, unterteilt. Bei der Drehung des Rotors 4 werden die Volumina der vier Zellen V 1- V 4 kontinuierlich vergrößert bzw. verkleinert. Gemäß Fig. 7 dreht der Rotor 4 in Richtung des angegebenen Pfeils, so daß die Zellen V 1 und V 3 ihr Volumen vergrößern, während das Volumen der Zellen V 2 und V 4 verringert wird. Das Kühlgas wird den Kompressionszellen V 1 und V 3 von der Eintrittskam mer 71 über im Zylinder 1 vorhandene Einlaßkanäle 12 zuge führt, während das komprimierte Kühlgas von den Kompres sionszellen V 2 und V 4 durch Auslaßöffnungen 13, Ventile 15 sowie Auslaßkanäle 17 abgeführt wird.One of the cylinder 1 and the two end plates 2 and 3 enclosed compression chamber V is divided into four compression cells V 1 , V 2 , V 3 and V 4 , which are limited by the rotor 4 and two of the four vanes 6 . As the rotor 4 rotates, the volumes of the four cells V 1- V 4 are continuously increased or decreased. Referring to FIG. 7 of the rotor 4 rotates in the direction indicated by the arrow, so that the cells V 1 and V 3 in volume bigger, while the volume of the cells V 2 and V 4 is reduced. The cooling gas is the compression cells V 1 and V 3 from the entry chamber 71 through the existing in the cylinder 1 inlet channels 12 leads, while the compressed cooling gas from the compression cells V 2 and V 4 is discharged through outlet openings 13 , valves 15 and outlet channels 17 .

Der Vielzellenverdichter in der Ausführungsform gemäß der Erfindung hat eine eigene, zu einem herkömmlichen Viel zellenverdichter unterschiedliche Anordnung und Ausbildung der Flügel.The multi-cell compressor in the embodiment according to the Invention has its own, to a conventional lot cell compressors different arrangement and training the wing.

Der Rotor 4 sowie der Zylinder 1 des Vielzellenverdichters in der bevorzugten Ausführungsform bestehen aus einer Alsil- Legierung mit einem Si-Gehalt von 10 Gew.-% oder mehr und haben eine Härte von 100-180 HV.The rotor 4 and the cylinder 1 of the multi-cell compressor in the preferred embodiment consist of an Alsil alloy with an Si content of 10% by weight or more and have a hardness of 100-180 HV.

Wie die Fig. 1 zeigt, umfaßt der Flügel 6 ein plattenförmi ges Substrat 60 und eine Bor-Hartschicht 61 mit einer Dicke von 30-130 µm, die an allen Flächen des Substrats 60 aus gebildet ist. Der Flügel 6 wird in der folgenden Weise ge fertigt. Es wird ein Substrat aus SWRH82B-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,79-0,86 Gew.-% hergestellt, in einen Ofen eingesetzt und mit 880°C erhitzt. Dann wird am Substrat das Bor-Tauchverfahren bei 880°C für 5 h durchge führt. Nach der Bor-Tauchbehandlung wird das Substrat im Ofen aufgenommen und allmählich von 880°C auf 400°C bei an nähernd 10 h abgekühlt. As shown in FIG. 1, the wing 6 comprises a plate-shaped substrate 60 and a hard boron layer 61 with a thickness of 30-130 μm, which is formed on all surfaces of the substrate 60 . The wing 6 is manufactured in the following manner. A substrate made of SWRH82B steel with a carbon content of 0.79-0.86% by weight is produced, placed in an oven and heated to 880 ° C. Then the boron dipping process is carried out on the substrate at 880 ° C. for 5 h. After the boron immersion treatment, the substrate is taken up in the oven and gradually cooled from 880 ° C. to 400 ° C. for approximately 10 hours.

Die Fig. 2 zeigt in einer Mikrophotographie einen Querschnitt des auf diese Weise erhaltenen Flügels. Aus Fig. 2 wird deut lich, daß die Bor-Hartschicht 61 von 80-130 µm Dicke an der Oberfläche des Substrats 60 gebildet und die innere Struktur des Substrats im großen und ganzen zu 100% in das Perlitgefüge überführt wird. Die Härte der Bor-Hartschicht 61 reicht von 1500-2000 HV, die innere Härte des Substrats 60 reicht von 210-250 HV. FIG. 2 shows a cross section of the wing obtained in this way in a photomicrograph. From Fig. 2 it is clear that the hard boron layer 61 of 80-130 microns thick on the surface of the substrate 60 is formed and the internal structure of the substrate is largely 100% transferred to the pearlite structure. The hardness of the hard boron layer 61 ranges from 1500-2000 HV, the inner hardness of the substrate 60 ranges from 210-250 HV.

Comparative example

Die Flügel für einen Vielzellenverdichter, die als Vergleichs beispiel dienen, wurden in derselben Weise wie bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ausgebildet, wobei sie jedoch aus einem SWRH62A-Stahl mit einem Kohlenstoffge halt von 0,59-0,66 Gew.-% hergestellt wurden.The wing for a multi-cell compressor, used as a comparison example were made in the same way as the one above described preferred embodiment, wherein however, they are made of a SWRH62A steel with a carbon ge hold of 0.59-0.66 wt .-% were produced.

Die Fig. 3 zeigt eine Mikrophotographie des Querschnitts eines auf diese Weise erhaltenen Flügels. Aus der Fig. 3 wird deutlich, daß die Bor-Hartschicht von 90-130 µm Dicke an der Oberfläche des Substrats ausgebildet wird und die Innenstruktur des Substrats einen Mischzustand aufweist, der aus Ferritstrukturen (die weißen, netzförmigen Berei che in der Mikrophotographie) und Perlitstrukturen besteht. Die Härte der Bor-Hartschicht reicht von 1500-2000 HV, während die innere Härte des Substrats von 180-210 HV reicht, was geringer ist als diejenige des Flügelsubstrats in der bevorzugten Ausführungsform. Fig. 3 shows a microphotograph of the cross section of a wing thus obtained. From Fig. 3 it is clear that the hard boron layer of 90-130 microns thick is formed on the surface of the substrate and the inner structure of the substrate has a mixed state consisting of ferrite structures (the white, net-shaped areas in photomicrography) and Pearlite structures exist. The hardness of the hard boron layer ranges from 1500-2000 HV, while the inner hardness of the substrate ranges from 180-210 HV, which is lower than that of the wing substrate in the preferred embodiment.

Conventional example

Die Flügel eines Vielzellenverdichters des herkömmlichen Beispiels wurden in der gleichen Weise wie bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform gebildet, jedoch wurden sie aus einem S45C-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45 Gew.-% hergestellt. The blades of a multi-cell compressor of the conventional Examples were made in the same way as the one above described preferred embodiment formed, however they were made from an S45C steel with a carbon content of 0.45% by weight.

Für dieses Beispiel wird hier eine Mikrophotographie nicht gezeigt, jedoch hat sich herausgestellt, daß die Bor-Hart schicht mit einer Dicke von 150-160 µm gebildet wird. Die Härte der Bor-Hartschicht reicht von 1500-2000 HV, die innere Härte des Substrats reicht von 160-200 HV, was geringer ist als diejenige des Substrats in der bevorzug ten Ausführungsform.For this example, microphotography is not used here shown, however, it has been found that the boron hard layer is formed with a thickness of 150-160 microns. The hardness of the hard boron layer ranges from 1500-2000 HV, the inner hardness of the substrate ranges from 160-200 HV, which is less than that of the substrate in the preferred embodiment.

rating

Es wurde ein Versuch in der folgenden Weise durchgeführt, um die Festigkeit eines jeden der Flügel zu bewerten. Eine statische Last von 2000 kg wurde auf einen Flügel mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/min aufgebracht, wie Fig. 4 zeigt, und es wurde die Größe h in µm der Verformung im mittigen Teil der Flügel gemessen. Die Ergebnisse sind im Diagramm von Fig. 5 aufgetragen, in welchem die Abszisse die innere Härte der Flügel und die Ordinate den Wert oder die Größe h der Verformung in µm wiedergeben.An experiment was conducted in the following manner to evaluate the strength of each of the wings. A static load of 2000 kg was applied to a wing at a speed of 1 mm / min, as shown in Fig. 4, and the size h in µm of the deformation in the central part of the wing was measured. The results are plotted in the diagram of FIG. 5, in which the abscissa represents the inner hardness of the wings and the ordinate the value or the size h of the deformation in μm.

Aus der Fig. 5 wird deutlich, daß die Flügel 6 in der bevor zugten Ausführungsform, die die hohe innere Härte haben, die geringste Verformung von 10 µm oder weniger zeigen, wäh rend die herkömmlichen Flügel mit der geringen inneren Härte eine Verformung mit dem Wert von annähernd 27 µm zeigen. Obgleich die Flügel des Vergleichsbeispiels mittlere Werte für die Verformung zeigen, die um 15 µm herum liegen und zwischen die Werte der Flügel der bevorzugten Ausführungs form sowie diejenigen des herkömmlichen Beispiels fallen, sind diese Werte keineswegs zufriedenstellend, weil der To leranzbereich sich als 15 µm oder weniger gemäß dem Betrieb des tatsächlichen Vielzellenverdichters betragend heraus gestellt hat. From Fig. 5 it is clear that the wings 6 in the preferred embodiment, which have the high internal hardness, show the least deformation of 10 microns or less, while the conventional wing with the low internal hardness a deformation with the value of approximately 27 µm. Although the wings of the comparative example show mean values for the deformation which are around 15 µm and fall between the values of the wings of the preferred embodiment and those of the conventional example, these values are by no means satisfactory because the tolerance range is 15 µm or has shown less according to the operation of the actual multi-cell compressor.

Wie dargelegt wurde, umfaßt ein erfindungsgemäßer Vielzellen verdichter eine Mehrzahl von Flügeln, einen Rotor, in dem diese Flügel angebracht sind, einen die Außenumfangsfläche des Rotors umschließenden Zylinder und ein Paar von an bei den Enden des Zylinders befestigten Stirnplatten, wobei der Rotor und der Zylinder ein Aluminiummaterial enthalten. Die Flügel bestehen aus einem Substrat, das im wesentlichen eine Perlitstruktur mit einem Gehalt von 0,7 Gew.-% oder mehr an Kohlenstoff aufweist, und aus einer Bor-Hartschicht, die an wenigstens einem Teil der Flächen des Substrats ausgebil det ist. Bei diesem Vielzellenverdichter kann auf Grund der Bor-Hartschicht das Entstehen eines Abriebs an den Flügeln verhindert werden. Bei einem Auftreten von Kollisionen zwi schen den Flügeln sowie dem Rotor und/oder zwischen den Flü geln sowie dem Zylinder werden auf Grund der Bor-Hartschicht Verformungen an den Flügeln unterbunden, und wegen dieser Schicht wird die innere Härte der Flügel so hoch wie möglich gehalten. Auch wird das Entstehen eines Klapperns oder Schla gens verhindert. Der erfindungsgemäße Vielzellenverdichter erlangt somit eine hohe Dauerleistung und Haltbarkeit über eine lange Betriebszeit.As has been explained, a multi-cell according to the invention comprises compress a plurality of blades, a rotor in which these wings are attached to the outer peripheral surface of the rotor enclosing cylinder and a pair of at the ends of the cylinder attached end plates, the The rotor and the cylinder contain an aluminum material. The Wings consist of a substrate that is essentially a Pearlite structure containing 0.7% by weight or more carbon, and a hard boron layer that formed on at least a portion of the surfaces of the substrate det. With this multi-cell compressor, due to the Hard boron layer the formation of abrasion on the wings be prevented. If collisions occur between between the wings and the rotor and / or between the wings gel and the cylinder are due to the hard boron layer Deformations on the wings prevented, and because of this Layer, the inner hardness of the wing becomes as high as possible held. There will also be a rattling or slack prevented. The multi-cell compressor according to the invention thus achieves a high continuous output and durability a long operating time.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben, jedoch ist sie darauf nicht beschränkt. Bei Kenntnis der offenbarten Lehre wird der Fachmann Möglichkeiten zu Abwandlungen, Auslas sungen und Änderungen sehen, die jedoch als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten sind.The invention has been made with reference to its preferred Embodiment shown and described, but it is not limited to this. With knowledge of the disclosed teaching the expert will find ways to modify, omit see solutions and changes, but which are considered as part of the Invention are to be considered lying.

Claims

1. multi-cell compressor with a plurality of vanes, with a rotor ( 4 ) carrying the vanes ( 6 ), with a hollow cylinder ( 1 ) surrounding the outer peripheral surface of the rotor and with end plates ( 2 , 3 ) attached to the two ends of the hollow cylinder, the rotor and the hollow cylinder being made of an aluminum-containing material, characterized in that the blades ( 6 ) consist of a substrate ( 60 ) which contains a pearlite structure containing 0.7% by weight or more of carbon and a boron -Hard layer ( 61 ), which is formed at least on a part of the surfaces of the substrate ( 60 ), ge forms.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the rotor ( 4 ) and the hollow cylinder ( 1 ) contain at least one aluminum material which is selected from the group consisting of aluminum and aluminum alloys.

3. Compressor according to claim 2, characterized in that the aluminum alloy at least one from the group, which is an Al alloy with a high Si content, an Al Si Mg alloy and an Al-Si-Cu-Mg alloy comprises selected alloy is.

4. Compressor according to claim 3, characterized in that the Al-Si-Cu-Mg alloy from 10 to 30 wt% Si ent holds.

5. Compressor according to claim 1, characterized in that the hard boron layer ( 61 ) on the surfaces with the rotor ( 4 ) and the hollow cylinder ( 1 ) coming into sliding contact with the wing ( 6 ) is formed.

6. A compressor according to claim 5, characterized in that the hard boron layer is formed on all surfaces of the wing ( 6 ).

7. Compressor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hard boron layer ( 61 ) comprises at least a single layer of Fe ₂ B or two layers in which FeB and Fe ₂ B are present at the same time.

8. Compressor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the hardness of the hard boron layer ( 61 ) is in the range from 1400 to 2000 HV.

9. Compressor according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the thickness of the hard boron layer is 20 µm or above.

10. Compressor according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the hard boron layer by means of a from a liquid, electrolysis and solid process ren selected process is formed.

11. A compressor according to claim 10, characterized in that that the hard boron layer in a solid process is formed.