DE69624853T2

DE69624853T2 - Spiralverdichter und Herstellungsverfahren für ein Spiralelement

Info

Publication number: DE69624853T2
Application number: DE69624853T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Ishizaka; Takamitsu Mukai; Yasushi Watanabe; Shinya Yamamoto
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: EP0724077A1; DE69624853D1; KR0159845B1; JPH08200249A; KR960029627A; EP0724077B1; US5755898A; JP3684247B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere auf einen Spiralverdichter, der mit durch ein Hochgeschwindigkeits-Druckgussverfahren geformten Spiralen versehen ist.

Stand der Technik

Ein Schraubenverdichter ist typischerweise mit einer ortsfesten Schraube und einer beweglichen Schraube ausgestattet. Die ortsfeste und bewegliche Schraube weisen jeweils eine Grundplatte und ein Spiralelement auf, wobei die Spiralelemente der beiden Schrauben miteinander in Eingriff stehen, sodass sie dazwischen eine Verdichtungskammer definieren. Die bewegliche Schraube läuft um die Mittelachse der ortsfesten Schraube herum, wenn sich eine mit der beweglichen Schraube gekoppelte Welle dreht. Dies bewegt die Verdichtungskammer von den Außenumfängen der Spiralelemente zu den Mitten der Spiralelemente, damit Gas verdichtet wird.
Verhältnismäßig große Bauteile wie das Gehäuse, das die beiden Schrauben aufnimmt, werden aus einer Aluminiumlegierung druckgegossen, um das Gewicht des Verdichters zu verringern, während seine Festigkeit beibehalten wird. Insbesondere die Schrauben werden typischerweise durch Niedergeschwindigkeits-Druckguss hergestellt.
Tabelle 1 zeigt typische Formbedingungen beim Einsatz des Niedergeschwindigkeits-Druckgussverfahrens.

Tabelle 1

Formbedingungen von durch Niedergeschwindigkeits- Druckguss gebildeten Schrauben

Formbedingungen
Metallmaterial AC8C (Aluminiumlegierung wie in JIS H5202)
Temperatur Metallschmelze (ºC) 700-730
Formtemperatur (ºC) 150-200
Einspritzgeschwindigkeit (m/s) 0,05-0,3
Druckbeaufschlagungskraft (kg/cm³) 800-1000
Taktzeit (Sek.) 80-100
Beim Einsatz des Niedergeschwindigkeits-Druckgussverfahrens hindert die geringe Einspritzgeschwindigkeit der Metallschmelze und die hohe Druckkraft auf die Metallschmelze die die Form umgebende Luft, in die Form einzudringen. Daher kann das Entstehen von Gasblasen (Lufttaschen) unterdrückt werden. Dies ergibt Schrauben hoher Qualität. Allerdings führen die geringe Einspritzgeschwindigkeit und die lange Taktzeit zu einer geringen Produktivität und zu höheren Herstellungskosten.
Hochgeschwindigkeits-Druckguss ist als ein Formverfahren hoher Produktivität bekannt. Wenn das Hochgeschwindigkeits-Druckgussverfahren beim Formen von Schrauben zum Einsatz kommt, kann mit den Schrauben keine Wärmebehandlung (Lösungsglühen) durchgeführt werden. Dies liegt daran, dass die hohe Einspritzgeschwindigkeit beim Einspritzen der Metallschmelze große Mengen Luft in die Form zieht und in der Schraube dadurch Gasblasen bildet. Wenn Schrauben lösungsgeglüht werden, die Lufttaschen aufweisen, dehnt sich die Luft in den Taschen aus. Dies führt in den Schrauben zu Gaseinschlüssen, und solche Schrauben sind fehlerhaft. Daher werden Schrauben, die eine hohe Festigkeit und Verschleißbeständigkeit haben sollen, zwangsläufig mit dem Niedergeschwindigkeits- Druckgussverfahren geformt.
Die Entgegenhaltung EP 0508426, von der die Erfindung ausgeht, bezieht sich auf eine gesinterte Aluminiumlegierung für Schraubenverdichter, die unter anderem aus Cu, Si, Mg, Fe und Mn besteht. Die in dieser Entgegenhaltung offenbarte Aluminiumlegierung dient dazu, ein Material mit hoher Festigkeit, hoher Zähigkeit und insbesondere hoher Verschleißbeständigkeit herzustellen.
Daneben bezieht sich auch die Entgegenhaltung US 4,908,077 auf einen Schraubenverdichter, der aus einer Aluminiumlegierung besteht, mit deren Hilfe eine feine, von inneren Fehlern und Porositäten freie Mikrostruktur erzeugt werden kann. Diese dient dazu, eine höhere Wärmebeständigkeit zu erreichen. Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die Entgegenhaltung die Zugabe von 8,5 bis 10,5% Silizium vor, wobei der mittlere Teilchendurchmesser des eutektischen Siliziums im Bereich 2 bis 8 um liegt.
Die Druckschrift JP 4136492 hat eine bewegliche Schraube zum Gegenstand, die aus einer Aluminiumlegierung besteht. Die Aluminiumlegierung enthält unter anderem 8,5 bis 2,4 Gew.-% des Legierungsbestandteils "Si".
Schließlich beschreibt die Entgegenhaltung JP 62 127447 einen Schraubenverdichter, dessen Schraubenteile aus einer Aluminiumlegierung bestehen, die unter anderem 1,5 bis 3 Gew.-% "Cu" enthält.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenverdichter und ein Herstellungsverfahren dafür zur Verfügung zu stellen, mit denen sich die Schrauben durch das Hochgeschwindigkeits-Druckgussverfahren herstellen lassen, während eine ausreichende Festigkeit der Schrauben gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Schraubenverdichter gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die als neu erachteten Merkmale der Erfindung sind im Einzelnen den beigefügten Ansprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nun zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen anhand eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Folgendes zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Schraubenverdichter;
Fig. 2 im Querschnitt eine bewegliche Schraube und eine ortsfeste Schraube des in Fig. 1 dargestellten Verdichters;
Fig. 3 im Querschnitt eine Form und die Schraube während des Formens der Schraube;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der mechanischen Eigenschaften einer Al-Cu-Legierung;
Fig. 5 eine grafische Darstellung mit einem Vergleich der Härte zwischen einem aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung bestehenden Formprodukt und einem aus einem bekannten AC8C-Material bestehenden Formprodukt; und
Fig. 6 eine grafische Darstellung mit einem Vergleich der Zugfestigkeit zwischen einem aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung bestehenden Formprodukt und einem aus einem bekannten AC8C-Material bestehenden Formprodukt.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist an der Vorderseite (linke Seite der Zeichnung) einer ortsfesten Schraube 2 über (nicht gezeigte) Schrauben ein Vordergehäuse 1 befestigt. An der Rückseite der ortsfesten Schraube ist über (nicht gezeigte) Schrauben ein Rückgehäuse 3 befestigt. In dem Vordergehäuse wird von einem Hauptlager 5 drehbar eine Welle 4 getragen. Von dem inneren Ende der Welle 4 ragt ein exzentrischer Stift 6 vor. Von dem exzentrischen Stift 6 wird drehbar und gleitend eine Buchse 7 getragen, auf die ein Lager 8 gepasst ist. Die ortsfeste Schraube 2 weist eine Grundplatte 9 und ein Spiralelement 10 auf, das mit der Innenseite der Platte 9 eine Einheit bildet. Die Außenwand 25 dient als ein Gehäuse, das das Spiralelement 10 aufnimmt. In dem Vordergehäuse 1 ist eine bewegliche Spirale 11 untergebracht. Die bewegliche Spirale 11 weist ebenfalls eine Grundplatte 12 und ein Spiralelement 13 auf, das mit der Innenseite der Platte 12 eine Einheit bildet. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, steht das Spiralelement 10 der ortsfesten Schraube 2 mit dem Spiralelement 13 der beweglichen Schraube 11 in Eingriff. Die Endfläche des Spiralelements 10 berührt die Grundplatte 12 der beweglichen Schraube 11, während die Endfläche des Spiralelements 13 die Grundplatte 9 der ortsfesten Schraube 2 berührt.
An der Außenseite der Spiralelemente 10, 13 ist eine Saugkammer 16 definiert, in die ein Kältemittelgas gesogen wird. Zwischen den Spiralelementen ist eine Verdichtungskammer 17 definiert. In der Mitte der Grundplatte 9 der ortsfesten Schraube 2 ist ein Auslass 18 ausgebildet. Der Auslass 18 verbindet die Verdichtungskammer 17 mit einer Auslasskammer 19, die in dem Rückgehäuse 3 definiert ist. An dem äußeren Ende des Auslasses 18 befindet sich ein Saugventil 20. Ein Anschlag 21 reguliert die Öffnung des Ventils 20.
Die Buchse 7 wird von dem Lager 8 getragen, damit sie sich relativ zu einem runden Vorsprung 22 drehen kann. Zwischen dem Vordergehäuse 1 und der beweglichen Schraube 11 befindet sich ein bekannter Gegenlaufmechanismus 24, der die bewegliche Schraube 11 daran hindert, um ihre eigene Achse zu drehen. Die Drehung der Welle 4 führt dazu, dass der exzentrische Stift 6 die bewegliche Schraube 11 mit Hilfe der Buchse 7 und des Lagers 8 auf einer Umlaufbahn um die Mittelachse der Welle 4 bewegt. Die Bewegung der beweglichen Schraube 11 leitet Kältemittelgas in die Saugkammer 16 und verdichtet das Gas in der Verdichtungskammer 17. Das Kältemittelgas wird dann von dem Auslass 18 in die Auslasskammer 19 und schließlich über eine Auslassöffnung 26 nach außen abgegeben.
Es wird nun das Herstellungsverfahren für die ortsfeste Schraube 2 beschrieben.
Die ortsfeste Schraube 2 wird unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Druckgussverfahrens geformt. Die Formbedingungen für die Schraube 2 sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Formbedingungen für durch Hochgeschwindigkeits- Druckguss gebildete Schrauben

Formbedingungen
Metallmaterial bei diesem Ausführungsbeispiel verwendetes Material (siehe Tabelle 4)
Temperatur Metallschmelze (ºC) 700-730
Formtemperatur (ºC) 150-200
Einspritzgeschwindigkeit (m/s) 1-5
Druckbeaufschlagungskraft (kg/cm³) 700
Taktzeit (Sek.) 60
Die ortsfeste Schraube 2 wird gebildet, indem Formen 31, 32 zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 200ºC, vorzugsweise 180ºC, vorgeheizt werden. Bei der 700 bis 730ºC und vorzugsweise 700ºC heißen Aluminiumlegierungsschmelze (nachstehend als Metallschmelze bezeichnet) kommen als Modifikationsmittel (Kornfeinungsmittel) 0,01 bis 0,20 Gew.-% Titan (Ti) zum Einsatz. Das Titan wird vorzugsweise zu einem Aluminiumbarren hinzugegeben, und dann werden beide zusammen aufgeschmolzen. Anschließend wird die Metallschmelze mit einer Einspritzgeschwindigkeit von 1 bis 5 m/s, vorzugsweise von 5 m/s, in einen Hohlraum 33 gefühlt. Die Formen 31, 32 werden dann für eine vorbestimmte Dauer geschlossen.
Ein Teil des Formprodukts wird unter Druck gesetzt, bevor die Metallschmelze in dem Hohlraum 33 erstarrt. Die Teildruckbeaufschlagung wird zwei Sekunden, nachdem die Metallschmelze in den Hohlraum gespritzt wurde, durch einen ersten Druckstab 35 und einen zweiten Druckstab 37 durchgeführt. Der erste Druckstab 35 bewegt sich während der Druckbeaufschlagung der Metallschmelze axial in einer Gleithülse 36, die die Auslassöffnung 26 bildet, während sich der zweite Druckstab 37 axial in einem Abschnitt der Form 32 bewegt, der der Auslasskammer (Mittelabschnitt der ortsfesten Schraube 2) entspricht. Die Druckstäbe 35, 37 werden durch hydraulischen Druck bewegt. Die Teildruckbeaufschlagung dieser zwei Formabschnitte durch die Druckstäbe 35, 37 gewährleistet, dass den Abschnitten in dem Hohlraum 33 Metallschmelze zugeführt wird, in denen die Neigung besteht, dass sich Luft sammelt. Und zwar handelt es sich dabei um die Abschnitte, die den (in Fig. 1 mit der Strichellinie gekennzeichneten Ecken) zwischen dem Spiralelement 10 und der Grundplatte 9 entsprechen.
Sofort nachdem die ortsfeste Schraube 2 aus den Formen 31, 32 entfernt worden ist, wird die Schraube 2 rasch abgekühlt. Mit anderen Worten unterliegt die Schraube 2 einer Abschreckbehandlung. Zu Beginn der Abschreckbehandlung liegt die Temperatur der Schraube bei ungefähr 400ºC. Die Behandlung wird solange fortgesetzt, bis die Temperatur der Schraube 2 von 400ºC auf ungefähr 80ºC gesunken ist. Die Schraube 2 wird dann von 80ºC auf ungefähr 200ºC erwärmt und etwa zwei Stunden lang einer künstlichen Alterung unterzogen. Im nächsten Schritt wird die Schraube 2 mit einer NC-Werkzeugmaschine bearbeitet, um die vorbestimmte Form zu erzielen.
Die bewegliche Schraube 11 wird auf die gleiche Weise wie die ortsfeste Schraube 2 ausgebildet. Die Teildruckbeaufschlagung erfolgt während des Formens der beweglichen Schraube 11 vorzugsweise nur am Mittelabschnitt der Grundplatte 12. Falls gewünscht, kann die Druckbeaufschlagung jedoch auch auf die gleiche Weise wie bei der ortsfesten Schraube 2 an zwei Abschnitten erfolgen, um das Befüllungsverhältnis zu verbessern.
Die auf die obige Weise geformten Schrauben 2, 11 bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Die Zusammensetzung dieses Materials ist in Tabelle 3 der aus dem Stand der Technik bekannten Aluminiumlegierung gegenüber gestellt. Tabelle 3 Zusammensetzung der bei der Erfindung und dem Stand der Technik verwendeten Legierungen
Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, ist bei der Erfindung der Gehalt der jeweiligen Bestandteile wie folgt: Kupfer (Cu) 4,0 bis 5,0 Gew.-%, Silizium (Si) 9,0 bis 12,0 Gew.-%, Magnesium (Mg) 0,5 bis 1,5 Gew.-%, Eisen (Fe) 0,6 bis 1,0 Gew.-%, Zink (Zn) 0,03 Gew.-%, Mangan (Mn) 0,03 Gew.-% und Nickel (Ni) 0,03 Gew.-%. Der Rest besteht aus Aluminium (Al). Der Gehalt der jeweiligen Bestandteile ist vorzugsweise wie folgt: 4,5 Gew.-% Cu, 10,5 Gew.-% Si, 1,0 Gew.-% Mg, 0,8 Gew.-% Fe und jeweils 0,03 Gew.-% Zn, Mn und Ni.
Tabelle 4 zeigt die mechanischen Eigenschaften einer Schraube, die aus einer Legierung mit der Zusammensetzung von Tabelle 3 besteht.

Tabelle 4

Mechanische Eigenschaften der Schraube

Zugfestigkeit 240-300 kg/mm²
Brinellhärte 100-120
Wärmeausdehnungskoeffizient 2,1 · 10&supmin;&sup7;
Warmverformung 1,5 · 10&supmin;&sup4;% oder weniger (180ºC · 100 Std.)
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Cu-Gehalt und der Zugfestigkeit der Schraube, wenn die Schraube aus einer Aluminiumlegierung mit 5% oder weniger Cu auf Al geformt wird. Die grafische Darstellung zeigt außerdem den Zusammenhang zur nach dem Formen der Schraube folgenden Wärmebehandlung und die Änderungen der Zugfestigkeit.
Die Linie a-b in Fig. 4 zeigt die Änderung der Zugfestigkeit bezüglich des Cu-Gehalts bei einer Schraube, die einer langsamen Abkühlung (Glühung) unterlag. In dem Bereich zwischen a-x führte die Erstarrung des Cu im Al bei normaler Temperatur zu einem Mischkristall. Die Zugfestigkeit nimmt daher mit steigendem Cu-Gehalt zu.
In dem Bereich zwischen x-b wird eine CuAl&sub2;-Verbindung erzeugt, durch die sich die Festigkeit der geformten Schraube erhöht. Da ein höherer Cu-Gehalt die CuAl&sub2;-Menge erhöht, nimmt die Zugfestigkeit entlang einer sanft ansteigenden Geraden zu.
Die Linie x-c zeigt die Zugfestigkeit einer Schraube, die nach dem Formen abgeschreckt wurde. Verglichen mit der Linie x-b nimmt die Zugfestigkeit mit steigendem Cu- Gehalt stärker zu. Dies liegt daran, dass beim Abschrecken die Festigkeit des Materials als Mischkristall um so höher wird, je höher der Cu-Gehalt ist.
Die Linie x-d entspricht schließlich der Wärmebehandlung, die mit den Schrauben 2, 11 durchgeführt wird. Die Schrauben 2, 11 werden künstlich gealtert, indem sie nach dem Abschrecken etwa zwei Stunden lang bei ungefähr 200ºC erwärmt werden. Beim Vergleich der Linie x-d mit der Linie x-c fällt auf, dass die Zugfestigkeit zunimmt, wenn bei dem Formprodukt eine Wärmebehandlung vorgenommen wird. Dies liegt daran, dass der während des Abschreckens im Al erzeugte übersättigte Cu-Mischkristall durch das künstliche Altern stabilisiert wird, was wiederum die Zugfestigkeit des übersättigten Mischkristalls erhöht.
Der Begriff stabilisierter übersättigter Mischkristall bezieht sich auf einen Zustand, in dem nebeneinander eine im Al erstarrte Cu-Phase und eine CuAl&sub2;-Phase vorliegen. Die CuAl&sub2;-Phase zeigt sich zwar nicht beim Abschrecken, doch treten die beiden Phasen in den Schrauben 2, 11 auf, wenn die künstliche Alterung durchgeführt wird. Dies führt zu einer Stabilisierung des übersättigten Mischkristalls und erhöht die Zugfestigkeit der Schrauben 2, 11.
Wenn die Schrauben 2, 11 auf die obige Weise ausgebildet werden, können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
Die Teildruckbeaufschlagung während des Formens gewährleistet, dass den Abschnitten Metallschmelze zugeführt wird, an denen die Neigung besteht, dass sich Lufttaschen bilden, und verbessert das Befüllungsverhältnis der Metallschmelze in den Hohlraum 33. Dies verringert die Gasblasenbildung in den Schrauben 2, 11 nach dem Formen. Dadurch ist es möglich, dass zum Formen der Schrauben 2, 11 ein Hochgeschwindigkeits-Druckguss zum Einsatz kommt, der eine kurze Taktzeit hat, während die Schrauben 2, 11 eine ausreichende Härte und Verschleißbeständigkeit beibehalten. Demzufolge ist eine erhebliche Senkung der Herstellungskosten für den Verdichter möglich.
Nach dem Abschrecken der geformten Schrauben 2, 11 werden diese künstlich gealtert. Dies verbessert die Festigkeit und Härte der Schrauben 2, 11 weiter.
Die Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, die zum Formen der Schrauben 2, 11 dieses Ausführungsbeispiels verwendet wird, ist in Tabelle 3 angegeben. Die mechanische Festigkeit und die Härte der Aluminiumlegierung bzw. Schrauben 2, 11 werden durch Cu verbessert. Wenn der Cu- Gehalt jedoch geringer als 4,0 Gew.-% ist, sind die mechanische Festigkeit und Härte der Schrauben 2, 11 unzureichend, und wenn der Gehalt höher als 5,0 Gew.-% ist, werden die Schrauben 2, 11 spröde.
Das Fließverhalten und der Metallschmelze während des Formens und die Verschleißbeständigkeit des Formprodukts werden durch Si verbessert. Wenn der Si-Gehalt jedoch geringer als 9,0 Gew.-% ist, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient groß. Wenn der Si-Gehalt höher als 12 Gew.-% ist, kristallisiert das Si als Primärkristalle. Dies verschlechtert die Bearbeitbarkeit des Formprodukts. Außerdem verringern sich die Zähigkeit und Dauerfestigkeit des Formprodukts. Wenn Si 12,0 Gew.-% überschreitet, ist außerdem die Temperatur hoch, bei der die Metallschmelze in Lösung geht. Daher kann in der Metallschmelze H&sub2;-Gas aus der Luft absorbiert werden und können Oxide entstehen. Daher besteht die Möglichkeit, dass das Formprodukts während des Formens fehlerhaft wird.
Während des künstlichen Alterns führt Mg zur Ausscheidung von Mg&sub2;Si. Dies erhöht die mechanische Festigkeit und Härte des Formprodukts. Wenn der Mg-Gehalt jedoch geringer als 0,5 Gew.-% ist, sind die mechanische Festigkeit und Härte des Formprodukts unzureichend. Wenn der Mg-Gehalt 1,5 Gew.-% überschreitet, besteht die Tendenz, dass Mg-Oxide entstehen. Dies beeinträchtigt das Fließverhalten der Metallschmelze.
Durch Fe wird während des Formens das Verbrennen und Erodieren der Formen durch die Metallschmelze verhindert. Wenn der Fe-Gehalt geringer als 0,6 Gew.-% ist, ist die Wirkung des Fe unzureichend. Wenn der Fe-Gehalt 1,0 Gew.-% überschreitet, werden Kristalle auf Al-Fe-Basis erzeugt. Dies senkt die Festigkeit des Formprodukts.
Außerdem enthält die Aluminiumlegierung jeweils 0,03 Gew.-% Zn, Mn und Ni. Dies verbessert die Festigkeit und Zähigkeit der Schrauben 2, 11.
Die Schrauben 2, 11 werden also aus einer Aluminiumlegierung gebildet, die 4,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, 9,0 bis 12,0 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,6 bis 1,0 Gew.-% Fe enthält. Auf diese Weise lassen sich die Eigenschaften jedes Elements ausreichend nutzen.
Darüber hinaus kommt bei der Metallschmelze 0,01 bis 0,2 Gew.-% Ti zur Anwendung, das als Kornfeinungsmittel dient, um die Kristallkörner in der Aluminiumlegierung zu feinen. Dementsprechend verbessern sich die mechanischen Eigenschaften der Schrauben 2, 11, wird während des Formens die Bildung von Rissen verhindert und wird die Zugfestigkeit gesteigert.
Die Temperatur während des künstlichen Alterns der Schrauben 2, 11 (ungefähr 200ºC) ist höher als die im Verdichter während des Betriebs auftretende Temperatur (ungefähr 180ºC, siehe Tabelle 4). Die Abmessungsänderung der Schrauben 2, 11 ist daher gering. Dadurch lässt sich das Spiel in der Axialrichtung zwischen den Schrauben 2, 11 verringern. Dies verringert während der Verdichtung die Menge an vorbeiströmenden Gas und verbessert den Verdichtungswirkungsgrad.
Die Fig. 5 und 6 zeigen grafische Darstellungen, in denen die Härte und der Zugfestigkeit eines erfindungsgemäßen Formprodukts und eines herkömmlichen Formprodukts verglichen werden. Bei der Erfindung wurden mit den Schrauben 2, 11 Abschreck- und Alterungsbehandlungen durchgeführt, nachdem sie aus einer Legierung mit der in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung geformt wurden. Bei den beiden herkömmlichen Beispielen wurde als Legierungsmaterial für die geformten Schrauben AC8C verwendet. Mit den Schrauben wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt, wie sie in JIS H5202 als T5 und T6 definiert ist. Bei der T5-Behandlung erfolgte kein Abschrecken der Schrauben. Es wurde lediglich künstlich gealtert. Bei der T6-Behandlung erfolgte nach einem Abschrecken für einige Stunden ein Altern bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 180ºC.
Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, hat das erfindungsgemäße Formprodukt verglichen mit dem herkömmlichen Formprodukt, bei dem die T5-Behandlung durchgeführt wurde, eine höhere Härte und Zugfestigkeit, und die gleiche Härte wie das herkömmliche Formprodukt, bei dem die T6-Behandlung durchgeführt wurde.
Obwohl bislang nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. So kann dieses Ausführungsbeispiel insbesondere in der nachstehend beschriebenen Form abgewandelt werden.
(1) Das künstliche Altern kann entfallen. In diesem Fall sind die Festigkeit, Härte usw. geringer als bei der künstlich gealterten Schraube. Allerdings lässt sich die vorbestimmte Festigkeit aufrecht erhalten, wenn mit der Schraube eine Abschreckbehandlung durchgeführt wird.
(2) Anstatt bei der Metallschmelze nur Ti als Kornfeinungsmittel einzusetzen, kann auch eine Mischung aus Ti und B (Ti: 0,01 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, B: 0,001 Gew.-% bis 0,005 Gew.-%) Anwendung finden. Dadurch lassen sich die gleichen Wirkungen erzielen.
Darüber hinaus können als Modifikationsmittel Na (0,001 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%), Sr (0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%) und Sb (0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%) Anwendung finden, um das nadelförmige eutektoide Silizium in mikroskopisch teilchenförmiges eutektoides Silizium zu ändern. Dadurch lassen sich die gleichen Wirkungen erzielt.
Das beschriebe Ausführungsbeispiel dient lediglich der Veranschaulichung, wobei die Erfindung nicht auf die angegebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern im Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche abgewandelt werden kann.
Verdichterschrauben bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die 4,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, 9,0 bis 12,0 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,6 bis 1,0 Gew.-% Fe enthält. Die Schrauben werden unter Nutzung eines Hochgeschwindigkeits-Druckgussverfahrens hergestellt.

Claims

1. Spiralverdichter mit einer eine Grundplatte (9) und ein Spiralelement (10) aufweisenden ortsfesten Spirale (2), einer eine Grundplatte (12) und ein Spiralelement (13) aufweisenden beweglichen Spirale (11) und zwischen beiden Spiralelementen (10, 13) definierten Verdichtungskammern (17), in denen ein Gas verdichtet wird, indem die Verdichtungskammern (17) entsprechend der Umlaufbewegung der beweglichen Spirale (11) um die Mittelachse der ortsfesten Spirale (2) von den Außenumfängen zu den Mitten der Spiralelemente (10, 13) bewegt werden, wobei die Spiralen (2, 11) jeweils aus einer Aluminiumlegierung gebildet sind, die 4,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, 9,0 bis 12,0 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mg und 0,6 bis 1,0 Gew.-% Fe enthält,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aluminiumlegierung außerdem ein Modifikationsmittel mit 0,01 bis 0,2 Gew.-% Ti, jeweils 0,03 Gew.-% oder weniger Zn, Mn und Ni und entweder 0,001 Gew.-% bis 0,01 Gew.-% Na, 0,01 bis 0,05 Gew.-% Sr oder 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Sb enthält.

2. Verfahren zur Herstellung einer Spirale für einen Spiralverdichter gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:

Formen der Schraube (2, 11) mit Hilfe eines Druckgussprozesses unter Verwendung der Aluminiumlegierung gemäß Anspruch 1 und

Abschrecken der sich ergebenden Schraube (2, 11).

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Formschritt bei einer Temperatur von etwa 700 bis etwa 730 Grad Celsius erfolgt und der Abschreckschritt durchgeführt wird, um die Temperatur der Schraube auf etwa 400 Grad Celsius zu senken.

4. Verfahren nach Anspruch 2, mit außerdem dem Schritt Hinzugeben des Modifikationsmittels zu der Aluminiumlegierung, bevor die Aluminiumlegierungsschmelze in eine Form eingespritzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, mit außerdem dem Schritt teilweises Pressen der Schraube, bevor die Aluminiumlegierungsschmelze nach dem Einspritzen in die Form erstarrt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, mit außerdem dem Schritt künstliches Altern der Schraube nach dem Schritt Abschrecken der Schraube.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des künstlichen Alterns bei einer höheren Temperatur als der sich unter normalen Betriebsbedingungen einstellenden Temperatur der Schraube erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die sich unter normalen Betriebsbedingungen einstellende Temperatur etwa 180 Grad Celsius und die Temperatur, bei der das künstliche Altern erfolgt, etwa 200 Grad Celsius betragen.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Schraube eine Brinellhärte im Bereich 100 bis 120 und eine Zugfestigkeit im Bereich 240 bis 300 kg/mm² aufweist.