DE4111110C3

DE4111110C3 - Rotationskolbenmaschine, insbesondere Schraubenkompressor oder Schraubenvakuumpumpe

Info

Publication number: DE4111110C3
Application number: DE4111110A
Authority: DE
Inventors: Akihiko Yamamoto; Toshihiro Yamada; Tatsuo Natori; Kotaro Naya; Motohiro Satoo; Mitsuru Fujiwara; Katsumi Matsubara; Kazuaki Shiinoki; Hirotaka Kameya
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2011-04-06
Also published as: GB9107027D0; DE4111110A1; GB2243189A; JPH03290086A; DE4111110C2; GB2243189B; US5314321A; US5223052A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere einen Schraubenkompressor oder eine Schraubenvakuumpumpe.

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.

Aus der Broschüre "Stromloses Dickvernickeln nach dem Kanigen, Durni-Coat- und Nibodurverfahren", 1. Auflage, Januar 1971, International Nickel Limited, ist es bekannt, zur Bildung einer Ni-P-Schicht bzw. einer Ni-B-Schicht auf der Oberfläche von Werkstücken nicht-elektrolytische Verfahren einzusetzen. Eine Wärmebehandlung führt dabei bei den Nickel- Phosphor-Schichten zu einer kristallinen Nickel-Matrix, in der dann das Nickel-Phosphid Ni₃P feinverteilt ausgeschieden wird. Bei den Nickel-Bor-Schichten bildet sich eine Nickel-Borid-Matrix (Ni₂B oder bei den heute benutzten Stabilisatorsystemen im wesentlichen Ni₃B), in die Nickel eingelagert ist. Eine maximale Bruchdehnung wird bei Wärmebehandlungstemperaturen zwischen 650 und 750°C erreicht. Bei 650°C läßt sich keine Rißbildung vor dem Bruch der vernickelten Probe beobachten. Das Maximum des Verschleißwiderstands wird bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 650°C erreicht. Als Beispiele von stromlos zu vernickelnden Gegenständen werden Getriebeteile, Fräswerkzeuge und Förderschnecken erwähnt.

Aus "Chemische Vernickelung", N. V. Kanigen Benelux S. A., Genk/Belgien ergibt sich, daß, um in der Industrie Anwendung zu finden, ein chemischer Vernickelungsprozeß fortlaufend sein und einen gleichmäßigen, glänzenden, spezifisch schweren und nicht porösen Niederschlag von kontrollierbarer Dichte gewährleisten muß, also keine poröse Nickelplattierungsschicht erzeugen darf.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere einen Schraubenkompressor oder eine Schraubenvakuumpumpe zu schaffen, bei der bzw. bei denen einerseits unter Reduzierung des Laufgeräusches und der Reibung der innige Kontakt zwischen den beiden Rotoren der Rotationskolbenmaschine 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 Schraubenverdichter und Schraubenvakuumpumpen zwangsweise erhalten bleibt, die Nachteile der trockenlaufenden Schraubenverdichter und Schraubenvakuumpumpen jedoch nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere einen Schraubenkompressor oder eine Schraubenvakuumpumpe, mit wenigstens einem männlichen Rotor und wenigstens einem weiblichen Rotor gelöst, die sich geschmiert oder trocken in einem Gehäuser mit oder ohne Kontakt miteinander drehen, wobei die Oberfläche wenigstens eines Rotors mit einer nicht- elektrolytischen Nickelplattierungsschicht überzogen ist, die aus Ni-P oder Ni-B besteht und die mit dem Rotor durch Wärmebehandlung verbunden ist und eine Feinkristall-Kornstruktur aufweist und wobei die nicht-elektrolytische Nickelplattierungsschicht durch Erhitzen des Rotors auf 300°C bis 500°C und anschließendes Abkühlen mit Rissen versehen und mit einem Festschmierstoff imprägniert ist.

Der Festschmierstoff kann dabei aus Bornitrid, Molybdändisulfid, einem Fluorharz und/oder einem Kohlenstofffluorid bestehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere einen Schraubenkompressor oder eine Schraubenvakuumpumpe mit wenigstens einem männlichen Rotor und wenigstens einem weiblichen Rotor gelöst, die sich geschmiert oder trocken in einem Gehäuse mit oder ohne Kontakt miteinander drehen, wobei die Oberfläche wenigstens eines Rotors mit einer nicht-elektrolytischen Nickelplattierungsschicht überzogen ist, die aus Ni-P oder Ni-B besteht und die mit dem Rotor durch Wärmebehandlung verbunden ist und eine Feinkristall-Kornstruktur aufweist, und wobei die nicht-elektrolytische Nickelplattierungsschicht durch Erhitzen des Rotors auf 300°C bis 500°C und anschließendes Abkühlen mit Rissen versehen und mit wenigstens einer weiteren Schicht aus einem organischen Harz überzogen ist.

Weitere Ausgestaltungen dieser Rotationskolbenmaschine sind in den Ansprüchen 4 bis 8 beschrieben.

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 Wärmebehand lungstemperatur 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 mehr als 500°C bewirkt wird, wodurch der Korrosionswiderstand verbessert wird.

Tabelle 1

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 Rotationskolbenmaschine 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 Rotationskolbenmaschine 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 Rotationskolbenmaschine eine über legene Leistung.

Die an dem Rotor ausgebildete in der erfindungsgemäßen Weise mit Rissen versehene nicht-elektrolytische Nickel- Plattierungsschicht kann, da sie porös ist, mit einem festen Schmierstoff, wie BN oder MoS₂, imprägniert werden. 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 kolbenmaschine 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 13 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 herkömmlichen 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

1. Rotationskolbenmaschine, insbesondere Schraubenkompressor oder Schraubenvakuumpumpe, mit wenigstens einem männlichen Rotor (1) und wenigstens einem weiblichen Rotor (2), die sich geschmiert oder trocken in einem Gehäuse (3) mit oder ohne Kontakt miteinander drehen, wobei die Oberfläche wenigstens eines Rotors (1, 2) mit einer nicht-elektrolytischen Nickelplattierungsschicht (4) überzogen ist, die aus Ni-P oder Ni-B besteht und die mit dem Rotor (1, 2) durch Wärmebehandlung verbunden ist und eine Feinkristall- Kornstruktur aufweist, und wobei die nicht-elektrolytische Nickelplattierungsschicht (4) durch Erhitzen des Rotors (1, 2) auf 300°C bis 500°C und anschließendes Abkühlen mit Rissen versehen und mit einem Festschmierstoff imprägniert ist.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Festschmierstoff aus Bornitrid, Molybdändisulfid, einem Fluorharz und/oder einem Kohlenstofffluorid besteht.

3. Rotationskolbenmaschine, insbesondere Schraubenkompressor oder Schraubenvakuumpumpe, mit wenigstens einem männlichen Rotor (1) und wenigstens einem weiblichen Rotor (2), die sich geschmiert oder trocken in einem Gehäuse (3) mit oder ohne Kontakt miteinander drehen, wobei die Oberfläche wenigstens eines Rotors (1, 2) mit einer nicht-elektrolytischen Nickelplattierungsschicht (4) überzogen ist, die aus Ni-P oder Ni-B besteht und die mit dem Rotor (1, 2) durch Wärmebehandlung verbunden ist und eine Feinkristall- Kornstruktur aufweist, und wobei die nicht-elektrolytische Nickelplattierungsschicht durch Erhitzen des Rotors auf 300°C bis 500°C und anschließendes Abkühlen mit Rissen versehen und mit wenigstens einer weiteren Schicht aus einem organischen Harz überzogen ist.

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Vielzahl weiterer Schichten (5, 6) aus unterschiedlichen organischen Harzen.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die näher am Rotor (1, 2) befindliche weitere Schicht (5) aus einem organischen Harz besteht, das eine Differenz in der Wärmeausdehnungszahl bezüglich des Rotors hat, die kleiner ist als die des organischen Harzes der Schicht (6), die weiter vom Rotor (1, 2) entfernt ist.

6. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das organische Harz der weiteren Schichten (5, 6) Metallpulver eingemischt ist.

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Harz ein Polysulfonharz, Polyamidharz, Polyethylenterephthalatharz, Polyphenylensulfidharz, Polyimidharz, Fluorharz und/oder Epoxyharz ist.

8. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schicht aus organischem Harz oder organischen Harzen durch Spritzgießen oder Elektroabscheidung aufgebracht wird.