DE4111110C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rotationsverdrängungsmaschine
in Schraubenbauweise, insbesondere Schraubenkompressor oder
Schraubenvakuumpumpe, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 sowie ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung
ihrer Rotoren.
Die JP-56-75 992 A beschreibt einen Schraubenverdichter, der
sowohl als ölgekühlter als auch als trockenlaufender Ver
dichter gebaut werden kann. Die Oberflächen der beiden
Rotoren sind mit einem Weichmetall oder einem Kunststoff
überzogen, so daß die Rotoren in einem weichen bzw. glatten
Kontakt stehen können, wobei ein Fluidleckstrom unterbunden
wird, was einen hohen Verdichtungswirkungsgrad bedeutet.
Wenn mit einem solchen Verdichter ein korrosives Fluid
verdichtet wird, korrodieren das Weichmetall oder der
Kunststoff und schließlich die Oberflächen der Rotoren. Der
Einsatz solcher Verdichter zum Verdichten korrosiver Gase
ist somit nicht möglich.
JP-58-1 48 292 A beschreibt ein Verfahren, bei welchem ein
Kunststoff, Kautschuk oder Molybdändisulfid auf die Ober
flächen eines Rotors aufgebracht werden, wodurch der Spalt
zwischen den Rotoren reduziert und der Verdichtungs
wirkungsgrad verbessert wird. Als Folge eines wiederholten
Kontakts zwischen den beiden Rotoren während des Betriebs
des Verdichters werden die filmförmigen Schichten auf
beiden Rotoren beschädigt und werden schließlich von den
Rotoroberflächen abgerieben. Damit der erforderliche Wider
stand gegen Verschleiß und Korrosion durch die Kunststoff-
oder Kautschukbeschichtungsschicht allein erreicht werden
kann, muß die Beschichtungsschicht eine Dicke von 0,1 mm
bis mehrere Zentimeter haben. Bei solchen dicken Schichten
besteht die Gefahr der Abtrennung von dem Rotormaterial
aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Diese bekannte Maßnahme ist somit im Hinblick auf Leistung,
Betriebssicherheit und Lärm nicht zufriedenstellend.
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungen sind
die Oberflächen der Rotoren direkt behandelt, nämlich durch
das Beschichten oder Aufbringen. Der gewünschte Widerstand
gegen Verschleiß und Korrosion ergibt sich somit allein
durch die durch die Oberflächenbehandlung ausgebildete
Schicht. Als Folge ist die Oberflächenschicht in kurzer
Zeit nach dem Anlauf des Schraubenverdichters für Beschädi
gungen und ein Abschälen anfällig, was die Kompressions
leistung verringert und den Lärmpegel erhöht. Im schlimmsten
Fall muß der Schraubenverdichter abgeschaltet werden.
Bei dem trockenlaufenden Schraubenverdichter nach
JP-48-2 308 A bestehen beide Rotoren aus Sinterkörpern, die mit Öl
imprägniert sind, das in den Mikroporen zwischen ihren
Sinterteilchen gehalten wird, wodurch die Reibung zwischen den
Rotoren und somit ein Verschleiß der Rotoren verringert
wird. Dadurch kann jedoch der Forderung für trockenlaufende
Verdichter, nämlich die Fluide beim Verdichten rein zu
halten, nicht genügt werden, da die Rotoren der Sinter
körper mit Öl imprägniert sind.
Bei dem Schraubenverdichter nach JP-61-47 992 A ist an der
Stirnseite eines jeden der ineinandergreifenden Rotoren ein
Synchronisierzahnrad vorgesehen, um jeglichen Kontakt
zwischen den Rotoren zu unterbinden, wobei diese nach Form
und Größe so ausgelegt sind, daß auch ein gegenseitiger
Kontakt aufgrund eines Temperaturanstiegs der Rotoren
während des Betriebs des Verdichters unterbunden wird. Ein
solcher gegenseitiger Kontakt während des Betriebs ist
jedoch in der Regel aufgrund von Fehlern bei der spanab
hebenden Bearbeitung unvermeidbar, auch wenn die Rotorrotation
für einen kontaktfreien Lauf synchronisiert ist.
Außerdem besteht die Gefahr, daß Fremdmaterial in dem Fluid
zwischen den Rotoren eingequetscht wird. Wenn die Rotor
oberflächen nicht geeignet behandelt sind, treten bald
Schäden auf, was zur Verringerung des Verdichtungswirkungs
grads und zur Steigerung des Laufgeräusches führt.
Aus der DE-OS 32 20 516 ist ferner eine für den Trockenlauf
geeignete Schraubenmaschine bekannt, deren Rotoren eine
Oberflächenbeschichtung aufweisen, die für den männlichen
und den weiblichen Rotor aus unterschiedlichen, eine
reibungsmindernde Paarung bildenden Werkstoffen bestehen
können, wobei die beiden in Kontakt miteinander angeordneten
Rotoren jeweils eine solche Oberflächenbeschichtung
aufweisen können, die aus Siliziumcarbid oder anderen
Carbiden bestehen kann.
Aus der JP-1-3 01 977 A (Patent Abstracts of Japan, Vol. 14,
1990, Nr. 91M-938) ist ferner ein Schraubenrotor bekannt,
dessen Oberfläche einen Mehrschichtaufbau aus organischen
Harzen aufweist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb
darin, die eingangs genannte Rotationsverdrängungsmaschine in
Schraubenbauweise so auszubilden und das Verfahren zur
Oberflächenbeschichtung ihrer Rotoren so auszugestalten, daß
einerseits unter Reduzierung des Laufgeräusches und der
Reibung der innige Kontakt zwischen den beiden Rotoren
durch geeignete Behandlung der Rotoroberflächen gesteigert
wird und andererseits, wenn ein Trockenlauf gewährleistet
werden soll, die Rotoroberflächen so behandelt werden, daß
ein gegenseitiger Kontakt der Rotoren unter Beibehaltung
der Vorteile der trockenlaufenden und ölgekühlten Schrauben
verdichter und -vakuumpumpen zwangsweise erhalten
bleibt, die Nachteile der trockenlaufenden Maschinen in
Schraubenbauweise jedoch nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der Rotationsverdängungs
maschine in Schraubenbauweise der gattungsgemäßen Art mit
dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmal gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit den erfindungsgemäß beschichteten Rotoren erhält man
eine verbesserte Verschleißfestigkeit, einen erhöhten
Korrosionswiderstand und ein verringertes Laufgeräusch
während des Betriebs.
In einem Versuch wird eine nicht-elektrolytische Nickel-
Plattierungsschicht, die im wesentlichen 10 Gewichtsprozent
Phosphor (P) enthält, auf Probenstücken aus gewöhnlichem
Gußeisen ausgebildet. Nach einer Wärmebehandlung bei ver
schiedenen Temperaturen wird die Anzahl der Risse in den
Plattierungsfilmen auf den Probenstücken durch Messen
bestimmt. Die Versuchsergebnisse sind in der nachstehenden
Tabelle 1 angegeben. Es ergibt sich eine große Anzahl von
Rissen bei den Proben, die bei Temperaturen zwischen 300°C
und 500°C behandelt wurden. Die Anzahl der Risse nimmt
jedoch ab und geht nach Null, wenn die Wärmebehandlungs
temperatur 500°C überschreitet. Dies bedeutet, daß die
Plattierungsschicht einen überlegenen Widerstand sowohl
hinsichtlich Verschleiß als auch Korrosion hat. Das heißt,
daß aufgrund der bei einer Temperatur von nicht weniger als
500°C bewirkten Wärmebehandlung sowohl die Zähigkeit als
auch Härte des Plattierungsfilms gesteigert ist und daß
sowohl Nickel in dem Plattierungsfilm als auch Fe in dem
Hauptmetallkörper wechselseitig diffundieren, wodurch die
Haftung zwischen dem Plattierungsfilm und dem Rotorhaupt
körper verbessert und somit der Verschleißwiderstand merk
lich gesteigert wird. Ferner verschwinden die Risse in dem
Plattierungsfilm, wenn die Wärmebehandlung bei einer Tempe
ratur von nicht mehr als 500°C bewirkt wird, wodurch der
Korrosionswiderstand verbessert wird.
Andererseits haben organische Harze einen überlegenen
Widerstand gegen chemische Agenzien sowie Wasser, sie sind
jedoch insgesamt verglichen mit Metallen weich. Das organische
Harz absorbiert somit Geräusche in wirksamer Weise,
die als Folge des Kontakts zwischen den Harzschichten der
beiden Rotoren während des Betriebs der Rotationsverdrängungs
maschine in Schraubenbauweise erzeugt werden. Durch die
Ausführung einer Oberflächenpräparierung zur Bildung eines
mehrschichtigen Oberflächenaufbaus mit wenigstens zwei
Arten von Schichten, nämlich einer nicht-elektrolytischen
Nickel-Plattierungsschicht und einer organischen Harz
schicht, ist es möglich, einen lärmreduzierenden Effekt
zusätzlich zur Steigerung des Verschleiß- und Korrosions
widerstands zu erreichen.
Wenn eine Schicht aus
organischem Harz auf der Risse aufweisenden Nickel-Plattie
rungsschicht ausgebildet wird, dringt das organische
Harz in die Risse ein, wodurch sich ein Verankerungseffekt
ergibt, aufgrund dessen eine hohe Adhäsion zwischen der
nicht-elektrolytischen Nickel-Plattierungsschicht und dem
organischen Harz erzielt wird.
Die beschriebene Oberflächenpräparierung kann
sowohl bei dem männlichen als auch bei dem weiblichen Rotor
durchgeführt werden. Ein ähnlicher Effekt wird erreicht,
wenn die Oberflächenpräparierung entweder nur auf dem männ
lichen oder weiblichen Rotor ausgeführt wird, während der
andere Rotor lediglich mit einer nicht-elektrolytischen
Nickel-Plattierungsschicht versehen wird.
Der Verschleißwiderstand kann dann erhöht werden, wenn ein
technischer Kunststoff als organisches Harz verwendet wird,
der eine vergleichsweise hohe mechanische Festigkeit hat.
Um den Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen dem
Rotor und dem organischen Harz zu verringern, kann der
Mehrschichtaufbau so ausgebildet werden, daß die organische
Harzschicht, die sich näher an der Rotoroberfläche befindet,
aus einem organischen Harz erzeugt wird, das gegen
über dem Rotormaterial eine geringere Differenz des Wärme
ausdehnungskoeffizienten als das organische Harz hat,
welches die organische Harzschicht bildet, die vom Rotor
material weiter entfernt liegt. Es ist auch möglich, die
durch den Unterschied in der Wärmeausdehnung verursachten
Spannungen dadurch zu verringern, daß Metallpulver in die
organischen Harzschichten eingemischt wird, welche den
mehrschichtigen Oberflächenaufbau bilden.
Bei einer Ausführungsform der Oberflächenpräparierung wird
eine nicht-elektrolytische Nickel-Plattierung auf das
Rotormaterial aufgebracht, worauf eine Beschichtung mit
organischen Harzschichten durch Spritzen oder Elektro
abscheidung erfolgt.
Für eine trockenlaufende
Rotationsverdrängungsmaschine in Schraubenbauweise werden nicht-
elektrolytische Nickel-Plattierungsschichten, die auf den
Oberflächen des männlichen und des weiblichen Rotors ausge
gebildet sind, auf 500°C bis 650°C während einer vorher
festgelegten Zeit erhitzt, so daß in der Plattierungs
schicht ein Feinkristall-Kornaufbau (Ni₃P) zur Stabilisierung der
Plattierungsschicht gebildet wird. Zusätzlich wird die
Adhäsion zwischen der nicht-elektrolytischen Nickel-
Plattierungsschicht und dem Rotor als Folge einer Diffusion der
Bestandteile an der Grenzschicht zwischen der nicht-
elektrolytischen Nickel-Plattierungsschicht und dem Rotor
beträchtlich verbessert, wodurch ein Verschleiß und eine
Abtrennung der nicht-elektrolytischen Nickel-Plattierungs
schicht unterdrückt werden. Da der männliche Rotor und der
weibliche Rotor sich in Kontakt miteinander drehen, hat die
Rotationsverdrängungsmaschine in Schraubenbauweise eine über
legene Leistung.
Die an dem Rotor ausgebildete nicht-elektrolytische Nickel-
Plattierungsschicht kann eine poröse Schicht sein, die mit
einem festen Schmierstoff, wie BN oder MoS₂, imprägniert
ist. In diesem Fall kann der Reibungskoeffizient zwischen
den Rotoren auf einen Bereich von beispielsweise 0,1 bis
0,2 infolge des Vorhandenseins des Feststoffschmiermittels
reduziert werden. Der Festschmierstoff neigt dazu, seinen
kristallinen Zustand beizubehalten und wird somit kaum zu
einem abgesonderten Pulver. Dadurch kann die Rotations
verdrängungsmaschine in Schraubenbauweise ein Fluid mit hohem
Reinheitsgrad fördern, was bisher nur durch Trockenlauf
maschinen erreichbar war.
Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schraubenvakuumpumpe im Axialschnitt,
Fig. 2 im Axialschnitt eine Einzelheit des Rotors der
Schraubenvakuumpumpe von Fig. 1,
Fig. 3 einen trockenlaufenden Schraubenkompressor im
Querschnitt,
Fig. 4A im Querschnitt einen Teil des weiblichen Rotors
des Schraubenkompressors von Fig. 3,
Fig. 4B im Querschnitt einen Teil des männlichen Rotors
des Schraubenkompressors von Fig. 3,
Fig. 4C im Querschnitt die Einzelheit D von Fig. 4A und
4B,
Fig. 5 im Axialschnitt eine trockenlaufende Schrauben
vakuumpumpe,
Fig. 6A im Querschnitt einen Teil des weiblichen Rotors
der Schraubenvakuumpumpe von Fig. 5,
Fig. 6B im Querschnitt einen Teil des männlichen Rotors
der Schraubenvakuumpumpe von Fig. 5,
Fig. 6C die Einzelheit D von Fig. 6A und 6B,
Fig. 7 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines
Schraubenkompressors für Trockenlauf,
Fig. 8A im Querschnitt einen Teil des weiblichen Rotors
des Schraubenkompressors von Fig. 7,
Fig. 8B im Querschnitt einen Teil des männlichen Rotors
des Schraubenkompressors von Fig. 7,
Fig. 8C die Einzelheit D von Fig. 8A und Fig. 8B,
Fig. 9 schematisch das Spritzgießen eines Harzfilms auf
eine Nickel-Plattierungsschicht und
Fig. 10 schematisch die verwendete Elektroabscheidung.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Schraubenvakuumpumpe hat ein
Gehäuse 3 mit einem Innenraum 3a, in dem ein männlicher
Rotor 1 und ein weiblicher Rotor 2 angeordnet sind, die für
eine Drehung ohne Kontakt miteinander ineinandergreifen.
Der weibliche Rotor 2 sitzt auf einer mit einem nicht
gezeigten Antrieb verbindbaren Antriebswelle 7. Der männ
liche Rotor 1 sitzt auf einer Welle, die in treibender
Verbindung mit der Antriebswelle 7 über ein Paar von Zahn
rädern 8 steht, so daß der männliche Rotor 1 so angetrieben
wird, daß er sich synchron mit dem weiblichen Rotor 1
dreht. Sowohl der männliche Rotor 1 als auch der weibliche
Rotor 2 sind aus Kugelgraphitgußeisen (FCD 55) hergestellt
und oberflächenpräpariert.
Die in Fig. 2 gezeigte Oberfläche des männlichen Rotors 1
und des weiblichen Rotors 2 ist in der nachstehenden Weise
präpariert. Zunächst wird eine nicht-elektrolytische Ni-P-
Plattierungsflüssigkeit aufgebracht, die als Hauptbestand
teile 30 g/l NiSO₄ · 6 H₂O und 10 g/l NaH₂PO₂ · H₂O, ein Natrium
salz einer organischen Säure und eine organische Säure als
reaktionsbeschleunigendes Mittel enthält. Die Rotoren 1 und
2 werden etwa zwei Stunden in die Plattierungsflüssigkeit
eingetaucht, welche eine Temperatur von 60°C hat, wodurch
eine nicht-elektrolytische Nickel-Plattierungsschicht 4 mit
einer Dicke von 20 µm auf jeder Oberfläche der Rotoren 1
und 2 ausgebildet wird. Die Rotoren 1 und 2 mit der Nickel-
Plattierungsschicht 4 werden dann in einer Inertgasatmo
sphäre oder in Vakuum bei 300°C eine Stunde lang gehalten,
worauf eine Ofenabkühlung folgt. Als Folge treten Risse in
der Nickel-Plattierungsschicht 4 auf. Um die Zähigkeit und
Härte der Nickel-Plattierungsschicht 4 zu erhöhen und um
die Adhäsion zwischen dem Hauptkörper eines jeden Rotors 1
bzw. 2 und der Nickel-Plattierungsschicht 4 durch Eintreten
einer Metalldiffusion von Ni und Fe zwischen ihnen zu
verbessern, werden die Rotoren 1 und 2 erneut eine Stunde
lang in einer Inertgasatmosphäre bei 550°C gehalten und
dann in einem Ofen abgekühlt. Anschließend wird eine Poly
phenylensulfidharzschicht von etwa 5 mm Dicke auf der
Nickel-Plattierungsschicht 4 unter Verwendung eines Spritz
gießverfahrens, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, ausgebildet,
so daß Polyphenylensulfidharz in die Risse in der Nickel-
Plattierungsschicht 4 eindringt mit der Folge, daß ein
Verankerungseffekt entsteht, wodurch das Polyphenylen
sulfidharz 5 mit der nicht-elektrolytischen Nickel-Plattie
rungsschicht 4 ein Stück bildet. Bei dem Spritzgießen wird
der Rotor in einer geteilten Metallform 11 angeordnet. Das
durch Erwärmen plastifizierte Polyphenylensulfidharz wird
bei hohem Druck durch ein Einspritzrohr 14 in einen Raum
eingeführt, der zwischen dem Rotor 1 und der Metallform 11
ausgebildet ist, so daß die Schicht 5 aus Polyphenylensulfid
harz auf der Nickel-Plattierungsschicht 4 angeordnet
wird.
Als nächster Schritt wird unter der Verwendung der Elektro
abscheidung, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, eine Überzugs
schicht 6 aus einem Epoxidharz oder Fluorharz mit einer
Dicke von etwa 20 µm haftend auf der Oberfläche der Schicht
5 aufgebracht. Insbesondere wird auf die Oberfläche der
Polyphenylensulfidharzschicht 5 Cu zur Bildung eines Cu-
Überzugs aufgedampft. Danach wird der mit Cu beschichtete
Rotor in eine Elektroabscheidflüssigkeit 14 bei einer
Temperatur von etwa 30°C eingetaucht. Die Elektroabscheidung
erfolgt 100 s lang bei 200 V unter Verwendung einer
Anode 15 aus rostfreiem Stahl, wobei zur Bildung der
Schicht 6 der Rotor die Kathode bildet. Nach einem Trocknen
der Schicht 6 wird der Rotor 30 Minuten auf 180°C gehalten,
um die Schicht 6 zu trocknen und dadurch die Ober
flächenbehandlung abzuschließen.
Die in Fig. 1 gezeigte Schraubenvakuumpumpe hat einen
männlichen Rotor 1 und einen weiblichen Rotor 2, die der
vorstehend beschriebenen Oberflächenbeschichtung unter
worfen wurden. Die Schraubenvakuumpumpe von Fig. 1 ist eine
einstufige trockenlaufende Pumpe, wie sie bei der Herstellung
von Halbleitern verwendet wird. Sie wird mit einem
Motor mit einer Leistung von 2,2 kW angetrieben und fördert
Gas mit einem Mengenstrom von 100 l/min bei 50 Hz, um ein
Vakuum von 13,3 Pa (0,1 Torr) zu erzeugen.
Herkömmliche Vakuumpumpen dieser Bauweise weisen nach einer
Betriebszeit von etwa 6 Monaten an den Rotoren Korrosion
auf. Die erfindungsgemäße Schraubenvakuumpumpe zeigte nach
einer Einsatzzeit von 12 Monaten keinerlei Korrosion an den
Rotoren. Außerdem war der Geräuschpegel um etwa 10% ver
glichen mit der herkömmlichen Vakuumpumpe verringert.
Der in Fig. 3 gezeigte Schraubenkompressor hat ein Gehäuse
3′ mit einem Innenraum 3a′, in dem ein männlicher Rotor 1′
und ein weiblicher Rotor 2′, in Kontakt miteinander drehen
und mit einer Beschichtung 4′ versehen sind. Für die
Beschichtung 4′ wird auf die Rotoroberflächen ein nicht-
elektrolytisches Nickelplattierungsmaterial unter den
gleichen Bedingungen wie bei den Rotoren von Fig. 1 und 2
aufgebracht, wobei beide Rotoren über eine vorgegebene Zeit
auf 600°C erhitzt werden. Danach wird eine Schicht aus
einer Harzmischung, die aus einem Polyimidharz und einem
Fluorharz besteht, durch das gleiche Spritzgießverfahren
oder durch die gleiche Elektroabscheidung, wie vorher
beschrieben, auf der Oberfläche der nicht-elektrolytischen
Nickelplattierungsschicht auf dem männlichen Rotor 1′, ausge
bildet, während auf der nicht-elektrolytischen Nickel
plattierungsschicht auf dem weiblichen Rotor 2′ keine Harz
schicht ausgebildet wird.
Der mit diesen Rotoren 1′ und 2′ bestückte Schrauben
kompressor hat eine Leistung von 1,5 kW und komprimiert ein
Gas auf 7 bar bei einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit
von 40 m/s. Verglichen mit einem gleichartigen herkömm
lichen Kompressor ergibt sich eine Reduzierung des
Geräuschpegels um 10% sowie eine Verbesserung der Leistung
um 15% bis 20%. Nach einer langen Betriebszeit zeigen
beide Rotoren glatte Oberflächen ohne irgendeinen anormalen
Verschleiß aufgrund des gegenseitigen Kontakts der Rotoren
1′ und 2′.
Wie aus den Fig. 4A bis 4C zu ersehen ist, erfolgt die
Oberflächenbeschichtung auf der Oberfläche des Hauptkörpers
1a′ des männlichen Rotors 1′ sowie auf der Oberfläche des
Hauptkörpers 2a′ des weiblichen Rotors 2′. Für die Ober
flächenbehandlung wird ein nicht-elektrolytisches Plattie
rungsmaterial 4′ mit 90% Ni und 10% P auf die Oberfläche
des männlichen Rotors 1′ und des weiblichen Rotors 2′ unter
den gleichen Bedingungen wie bei der Ausführungsform von
Fig. 1 und 2 aufgebracht. Der Rotor wird eine Stunde lang
bei 600°C erhitzt, so daß eine Feinkristallkornstruktur aus
Ni₃P in der nicht-elektrolytischen Ni-P-Plattierungsschicht
4′ gebildet wird, die sich in einem amorphen Zustand befand
und etwa 70% bis 80% dieser Plattierungsschicht 4′ ein
nimmt, so daß die Plattierungsschicht 4′ stabil gemacht
wurde. Zusätzlich diffundieren sowohl Ni aus der Plattie
rungsschicht 4′ und Fe aus dem Hauptkörper 1′ in die Grenz
schicht 4a′, so daß die nicht-elektrolytische Ni-P-Plattie
rungsschicht 4′ eine starke Bindung zur Grenzschicht 4a′
bei einer hohen Adhäsion hat. Während der Behandlung wurden
BN-Teilchen 9 in der nicht-elektrolytischen Ni-P-Plattie
rungsschicht dispergiert, wodurch die Oberflächenbehandlung
abgeschlossen ist. Die Dispergierung der BN-Teilchen 9
erfolgt dadurch, daß BN-Körner in die Plattierungsflüssig
keit für die Ni-P-Plattierung eingemischt werden, wobei die
BN-Körner säulenförmig sind und eine Längserstreckung von
0,5 bis 1 µm haben. Der Rotor wird in die mit BN-Körnern
vermischte Plattierungsflüssigkeit eingetaucht, wobei durch
Einspritzen von Luft die Plattierungsflüssigkeit durch
blasen wird, wodurch die BN-Körner 9 gleichförmig in der
Plattierungsschicht 4′ dispergiert werden.
Mit den so oberflächenbeschichteten Rotoren 1′ und 2′ wird
ein Schraubenkompressor für den Trockenlauf montiert, wie
er in Fig. 3 gezeigt ist, bei welchem sich die Rotoren in
Kontakt miteinander drehen. Der Kompressor hat verglichen
mit einem herkömmlichen Trockenlaufschraubenkompressor, der
einen Wirkungsgrad von etwa 50% hat, eine um 15 bis 20%
höhere Leistung und fördert ein Fluid mit hochgradiger
Reinheit.
Die in Fig. 5 gezeigte trocken laufende Schraubenvakuumpumpe
hat einen männlichen Rotor 1′′, dessen Oberfläche 1a′′
beschichtet wird, sowie einen weiblichen Rotor 2, der auf
der Oberfläche von Teilen 2a′′ beschichtet wird. Der männ
liche Rotor 1′′ und der weibliche Rotor 2′′ drehen sich in
einem Gehäuse 3′′ in Kontakt miteinander. Die Oberflächen
präparierung erfolgt ebenso wie bei der Ausführungsform von
Fig. 3 und 4A bis 4C. Wenn mit den so beschichteten Rotoren
1′′ und 2′′ die in Fig. 5 gezeigte Trockenlauf-Schrauben
vakuumpumpe hergestellt wird, bei der sich die Rotoren in
Kontakt miteinander drehen, hat diese Vakuumpumpe eine
überlegene Leistung. Das geförderte Fluid hat eine hoch
gradige Reinheit.
Die in Fig. 7 gezeigte Trockenlauf-Rotationsverdrängungs
maschine kann als Schraubenkompressor oder Schraubenvakuum
pumpe arbeiten. Dabei ist die Oberfläche 1a′ des männlichen
Rotors 1′ beschichtet. Ferner ist die Oberfläche des weib
lichen Rotors 2′ auf Teilen 2a′ beschichtet. Die beiden
Rotoren 1′ und 2′ drehen sich in einem Gehäuse 3′ in
Kontakt miteinander.
Bei der Oberflächenbeschichtung wird ein nicht-elektrolytisches
Ni-P-Plattierungsmaterial 4′ mit einer Dicke von etwa
20 µm unter Verwendung des gleichen Verfahrens und bei den
gleichen Bedingungen wie bei der Ausführungsform von Fig. 1
und 2 auf die Oberfläche des männlichen Rotors 1′ und des
weiblichen Rotors 2′ aufgebracht. Die Rotoren werden 1,5 h
lang bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C erhitzt, so
daß in der Oberfläche der nicht-elektrolytischen Ni-P-
Plattierungsschicht 4′ auf der Seite Risse erzeugt werden,
die vom Hauptkörper 1a′ bzw. 2a′ gemäß Fig. 8C abgewandt
sind. Dann wird die Ni-P-Plattierungsschicht 4′ mit Poly
tetrafluorethylenharz (PTFE) 11 mit einer Dicke von 10 bis 20 µm
imprägniert, so daß das PTFE die Risse 10 füllt, wodurch
die Oberflächenbeschichtung abgeschlossen ist.
Die so beschichteten Rotoren 1′ und 2′ werden zu der
trockenlaufenden Rotationsverdrängungsmaschine in Schrauben
bauweise von Fig. 4 zusammengefügt, bei der sich die
Rotoren 1′ und 2′ in Kontakt miteinander drehen. Wie bei
den vorher beschriebenen Ausführungsformen ergibt sich eine
überlegene Leistung und eine hochgradige Reinheit des
geförderten Gases.
Claims (19)
1. Rotationskolbenmaschine in Schraubenbauweise,
insbesondere Schraubenkompressor oder Schraubenvakuum
pumpe, mit wenigstens einem männlichen Rotor (1) und
wenigstens einem weiblichen Rotor (2), die sich ge
schmiert oder trocken in einem Gehäuse (3) mit oder
ohne Kontakt miteinander drehen, wobei die Oberfläche
wenigstens eines Rotors (1, 2) mit einem Überzug
versehen ist, der wenigstens eine Schicht aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht eine nicht-elektrolytische Nickelplattierungs
schicht (4) ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die nicht-elektrolytische
Nickelplattierungsschicht aus Ni-P oder Ni-B besteht.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die nicht-elektroly
tische Nickelplattierungsschicht (4) mit dem Rotor (1,
2) durch Teilchendiffusion an der Grenzschicht infolge
Wärmbehandlung verbunden ist und eine Feinkristall-
Kornstruktur aufweist.
4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
nicht-elektrolytische Nickelplattierungsschicht (4)
porös ist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die poröse nicht-elektrolyti
sche Nickelplattierungsschicht mit einem Festschmier
stoff imprägniert ist.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Festschmierstoff aus
Bornitrid, Molybdändisulfid, einem Fluorharz und/oder
einem Kohlenstofffluorid besteht.
7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
eine Rotor (1′, 2′) mit einer nicht-elektrolytischen
Nickelplattierungsschicht (4′) und der andere Rotor
(2′, 1′) mit wenigstens einer Schicht (5, 6) aus einem
organischen Harz versehen ist.
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch wenigstens eine
zusätzliche Schicht (5) aus einem organischen Harz,
die die nicht-elektrolytische Nickelplattierungs
schicht (4) abdeckt.
9. Maschine nach Anspruch 7 oder 8, gekenn
zeichnet durch eine Vielzahl von Schichten
(5, 6) aus unterschiedlichen organischen Harzen.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die näher am Rotor (1, 2)
befindliche Schicht (5) aus einem organischen Harz
besteht, das eine Differenz in der Wärmeausdehnungs
zahl bezüglich des Rotors hat, die kleiner ist als die
des organischen Harzes der Schicht (6), die weiter vom
Rotor (1, 2) entfernt ist.
11. Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß in das organische
Harz der Schichten (5, 6) Metallpulver eingemischt
ist.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das organische
Harz ein Polysulfonharz, Polyamidharz, Polyethylen
terephtalatharz, Polyphenylensulfidharz, Polyimidharz,
Fluorharz und/oder Epoxyharz ist.
13. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche der Rotoren
einer Rotationsverdrängungsmaschine in Schraubenbau
weise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für das Aufbrin
gen der Schicht aus nicht-elektrolytischem Nickel auf
die Oberfläche wenigstens eines Rotors dieser in ein
nicht-elektrolytisches Nickelplattierungsbad einge
taucht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß in dem nicht-elektrolytischen
Nickelplattierungsbad BN-Körner gleichhförmig disper
giert sind.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Rotor mit der
Schicht aus nicht-elektrolytischem Nickel auf 300°C
bis 500°C erhitzt und anschließend zur Bildung von
Rissen in der nicht-elektrolytischen Nickelplattie
rungsschicht abgekühlt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß nach dem Abkühlen auf die mit
Rissen versehene, nicht-elektrolytische Nickelplattie
rungsschicht eine Schicht aus einem organischen Harz
oder Harzgemisch aufgebracht wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß nach dem Abkühlen die mit
Rissen versehene, nicht-elektrolytische Nickelplattie
rungsschicht mit einem Festschmierstoff imprägniert
wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Plattie
ren der Schicht aus nicht-elektrolytischem Nickel bzw.
nach dem Abkühlen der dadurch mit Rissen versehenen
Nickelplattierungsschicht der Rotor auf nicht weniger
als 500°C, vorzugsweise auf 500° bis 650°C, zur
Diffusionsbindung der Nickelplattierungsschicht am
Rotor und zur Ausbildung einer Feinkristall-Kornstruk
tur der Nickelplattierungsschicht erhitzt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die zusätzliche
Schicht aus organischem Harz oder organischen Harzen
durch Spritzgießen oder Elektroabscheidung aufgebracht
wird.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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R071 | Expiry of right |