制造涡旋式压缩机的方法和由此制造的涡旋式压缩机与流程

本发明涉及制造涡旋式压缩机的方法，特别是用于在涡旋式压缩机的运行期间彼此接触的区域的涂覆预处理的方法。本发明还涉及具有根据制造涡旋式压缩机的方法预处理和涂覆的至少一个区域的作为用于压缩气态流体(特别是制冷剂)的装置的涡旋式压缩机。

背景技术：

在现有技术中已知的用于移动应用，特别是用于机动车辆的气候控制系统，用于通过制冷剂循环输送制冷剂的压缩机(也称为制冷剂压缩机)常常独立于制冷剂作为具有可变冲程位移的活塞式压缩机或作为涡旋式压缩机而形成。压缩机在此通过皮带轮或电驱动。

用于制冷剂例如r134a、r1234yf或r744的常规涡旋式压缩机被用于具有混合驱动和电驱动的机动车辆中。由于机动车辆可以在没有常规的特别是装有内燃机动力单元的情况下驱动，因此整个机动车辆的噪声水平(也称为nvh(noise,vibration,harshness，噪声、振动、不平顺性)水平)非常低。

nvh水平包括在机动车辆中可听到为噪声或可察觉为振荡的振动。振荡由于振荡源的局部力施加到机动车辆中的振荡传输介质例如机械结构中而发生。发生在机动车辆中的振荡最经常由自激摩擦振荡(例如粘滑)产生，所述自激摩擦振荡为预期摩擦的副作用或由固体件的意外的摩擦得到并且导致结构声或可听到的空气声的辐射。为了不损害机动车辆的乘客的旅行舒适，必须避免这些振荡并且必须使机动车辆的所有部件的nvh水平最小化。

电致动的涡旋式压缩机通常在约600转/分钟到10,000转/分钟的范围内运行并且尤其在需要高的压缩机转速的制冷剂循环的工作模式下，例如在用于在充电期间冷却电池的模式下具有高的nvh水平。

现有技术的涡旋式压缩机由各自具有螺旋形的壁的固定的不可移动的定子和可移动的动涡旋盘(orbiter)形成。定子的壁与动涡旋盘的壁布置成使得它们交错。在压缩机的运行期间，可移动的动涡旋盘以限定的力压向不可移动的定子。

在接触壁之间形成几个封闭的工作容积，其中壁在侧向界定工作容积。此外，在壁的前表面(frontface)的接触面处，并且在每种情况下，在定子或动涡旋盘的基板的与壁的前表面相对的表面处界定工作容积。由于将可移动的动涡旋盘压向不可移动的定子的力，因此，特别地，动涡旋盘的壁的前表面压向定子的基板以密封工作容积。

除其他外，定子和动涡旋盘(也称为螺旋状部(sprial)或涡盘(scroll))还受到减小摩擦和磨损以及具有成本效益的材料选择与在制造期间加工的良好的切削特性的要求。对于螺旋状部的重要挑战在于，彼此接触并且相对于彼此移动的两个部件相对于彼此配合使得它们确保用于工作容积的密封功能。

密封功能通常使用例如额外的密封元件来实现，所述密封元件布置成使得它们压向螺旋状部的壁的前表面，即压在螺旋腹板上，并且与相对布置的螺旋状部的基板的表面逆流。螺旋状部的基板在此通过放置在表面上的钢板来保护。

us5,037,281a公开了具有密封元件的涡旋式压缩机，所述密封元件用于将固定的螺旋状部以及可移动的螺旋状部的壁的前表面密封在螺旋状部的在每种情况下与壁相对的基板上。密封件包括具有c形截面的弹簧，所述弹簧被布置在形成在壁的前表面中的凹槽内。弹簧涂覆有基于特氟龙的材料。在弹簧的中心布置有至少在弹簧的长度的一部分上延伸以密封弹簧的芯的o形环状氯丁橡胶密封件。

由于密封元件被集成或加工到螺旋状部的前表面中，因此额外的密封元件的使用在螺旋状部的生产中导致额外的成本以及额外的切削工作和组装工作。

为了抵消额外的高工作付出和提供密封元件的复杂性，采用不同的材料组合和涂层。然而，使用不同的材料需要不同的切削过程以及不同的涂覆过程，其中至少涂覆彼此接触的部件中的一者是必要的。

在由涡旋式压缩机形成的制冷剂循环在电池的充电模式或频繁切换的热泵模式下运行的情况下，需要在摩擦或磨损方面尤其耐磨的螺旋状部的材料配对。为此目的所需的涂覆过程势必造成非常高的成本。此外，用于螺旋状部配对的不同材料的使用需要不同的切削参数并且在运行期间势必造成两个部件的不同的热膨胀的风险。

现有技术还公开了提供壁的高度差异使得螺旋状部的壁的正面[边缘]不平坦地形成或不与基板的表面平行。

技术实现要素：

技术问题

本发明解决的问题包括提供制造涡旋式压缩机的螺旋状部的方法，特别是形成在压缩机的运行期间螺旋状部彼此摩擦的区域，以确保作为用于压缩气态流体的装置的压缩机的最大使用寿命。为了通过优化的制造工艺使特别是在制造期间的成本最小化，装置包括最少可能数量的单个部件并且构造上简单以及可用最少数量的材料实现。

技术方案

通过具有独立专利权利要求的特征的方法和主题来解决所述问题。在从属专利权利要求中具体说明了进一步的展开。

所述问题通过根据本发明的用于制造涡旋式压缩机的方法，特别是用于在涡旋式压缩机的运行期间用于涂覆彼此接触的区域的预处理的方法来解决。涡旋式压缩机在此一方面由具有基板和从基板的一侧延伸的螺旋形的壁的不可移动的螺旋状部，以及另一方面由具有基板和从基板的前侧延伸的螺旋形的壁的可移动的螺旋状部形成。螺旋状部由常见的基础材料形成。

根据本发明的构思，所述方法包括以下步骤：

–使两个螺旋状部中的一者的表面的待涂覆的区域脱脂，

-使用碱性蚀刻剂蚀刻该区域，

-使用酸性蚀刻剂蚀刻该区域，

-使用锌酸盐蚀刻剂一次蚀刻该区域，

-将作为中间层的锌酸盐层施加到待涂覆的区域上，

-使用锌酸盐蚀刻剂进一步蚀刻该区域，以及

-使用涂覆材料涂覆经处理的区域以封闭表面。

封闭应理解为表面的密封，其中涂覆材料表示使螺旋状部的经涂覆的区域的周围封闭的表面。

作为螺旋状部的常见基础材料，有利地使用铝合金，特别是ahs-7。

根据本发明的进一步展开，所述方法在锌酸盐层的施加与用锌酸盐蚀刻剂进一步蚀刻该区域之间包括以下步骤作为中间步骤：

-使用碱性蚀刻剂二次蚀刻该区域，

-使用酸性蚀刻剂二次蚀刻该区域，

-使用锌酸盐蚀刻剂二次蚀刻该区域，以及

-将作为中间层的第二锌酸盐层施加到待涂覆的区域上。

作为螺旋状部的常见基础材料，在此有利地使用铝合金，特别是alsi1mgmn。

根据本发明的一个有利的实施方式，作为涡旋式压缩机的螺旋状部的基础材料，使用硅的分数为至少9质量百分比到11质量百分比的铝合金。

本发明的进一步展开包括仅对可移动的螺旋状部的壁的一个前表面进行预处理和涂覆。

对于用碱性蚀刻剂蚀刻该区域，优选使用基于氢氧化钠碱液的碱液，而对于用酸性蚀刻剂蚀刻该区域，优选使用硝酸或氢氟酸作为蚀刻剂。

作为涂覆材料，有利地采用镍。

根据本发明的一个优选的实施方式，在离散的蚀刻步骤之间使用冲洗介质冲洗基础材料。冲洗在此可以仅在选定的蚀刻步骤之间或在所有蚀刻步骤之间发生。

根据本发明的进一步展开，固定的螺旋状部的基板的表面的至少一个区域用作与可移动的螺旋状部的接触区域。所述方法在此包括以下附加步骤：

–使表面的该区域脱脂，

-使用碱性蚀刻剂蚀刻该区域，

-使用酸性蚀刻剂蚀刻该区域，

-最后，使该区域阳极氧化。

此外，所述问题通过根据本发明的用于压缩气态流体(特别是制冷剂)的装置来解决。所述装置包括不可移动的螺旋状部以及可移动的螺旋状部，所述不可移动的螺旋状部具有基板和以螺旋形式形成的从不可移动的螺旋状部的基板的一侧延伸的壁，所述可移动的螺旋状部具有基板和以螺旋形式形成的从可移动的螺旋状部的基板的一侧延伸的取向为远离基板的自由的前表面的壁。基板在此彼此相对布置使得不可移动的螺旋状部的壁与可移动的螺旋状部的壁交错并且形成封闭的工作容积。响应于可移动的螺旋状部的移动，工作容积的容积和位置改变。螺旋状部由均匀的基础材料形成。

根据本发明的构思，可移动的螺旋状部的壁的前表面被布置成使得其在密封下直接接触在不可移动的螺旋状部的基板上。可移动的螺旋状部的壁的前表面在此由镍的涂层形成。

可移动的螺旋状部的壁的前表面的密封和直接接触布置在不可移动的螺旋状部的基板上应理解为特别是在没有中间元件(例如布置在基板上的额外的密封元件或额外的钢板)的彼此接触的区域中布置和形成螺旋状部。

本发明的进一步展开包括可移动的螺旋状部的壁的前表面形成为平坦表面并因此没有螺旋状部的壁的不同且有差异的高度。

根据本发明的一个有利的实施方式，不可移动的螺旋状部以及还有可移动的螺旋状部由作为基础材料的均匀的铝合金，特别是alsi1mgmn或ahs-7形成。基础材料优选包括至少9质量百分比至11质量百分比的硅分数。

有利地形成可移动的螺旋状部的壁的前表面使得依照根据本发明的用于制造涡旋式压缩机的方法对其进行预处理和涂覆。

总之，根据本发明的方法和根据本发明的装置还包括多种优势：

-放弃放置在基板表面上的额外的钢板以及放弃额外的密封元件，并因此一方面减少螺旋状部的切削工作和组装工作，另一方面减少单个部件的数量，

-不需要修改，例如在螺旋状部的壁的高度上形成差异，

-对于两个螺旋状部使用一种基础材料一方面使得能够实现均匀的切削过程以及均匀的涂覆过程；另一方面，其实现在运行期间两个螺旋状部的相同的热膨胀，这也增加装置的使用寿命并且仅需要使用一种基础材料，

-最小数量的单个部件并因此简化的设计工程以及使用一种基础材料导致机器制造过程的优化并且导致用于制造的成本和制造时间的最小化，

-通过优化的预处理过程形成在基础材料上具有最佳的层粘附性的磨损保护层，这使装置的摩擦、磨损以及噪声发射特别是nvh水平最小化，并且这还增加装置的使用寿命，

-使用在压向螺旋状部的经涂覆的前表面下移动的铝合金例如alsi1mgmn和ahs-7通过干膜润滑剂改善装置的运行，

-用于压缩气态流体的装置的最大使用年限，而且，所述气态流体针对待压缩的流体的高压范围而形成。

附图说明

参照相关附图基于实施方案示例的以下描述，本发明的实施方式的另外的细节、特征和优势是明显的。其中描述了：

图1：现有技术的横向剖面图中具有固定的螺旋状部和可移动的螺旋状部的涡旋式压缩机的压缩机构，

图2a和2b：各自为用于涂覆压缩机构的一对螺旋状部的预处理方法的图，

图3a和3b：在根据图2a和2b的方法的各个方法步骤之后的螺旋状部的经处理的表面，

图4：剖面图中彼此擦过的一对螺旋状部的示意图，以及

图5：涡旋式压缩机的噪声发射作为压缩机构的转速的函数的图。

具体实施方式

图1中在剖面图中示出了现有技术的涡旋式压缩机1。涡旋式压缩机1包括壳体2；具有盘形基板3a和以螺旋形形成的从基板3a的一侧延伸的壁3b的不可移动的固定的定子3；以及具有盘形基板4a和以螺旋形形成的从基板4a的前侧延伸的壁4b的可移动的动涡旋盘4。作为不可移动或固定的螺旋状部3或可移动的螺旋状部4也分别简称为定子3和动涡旋盘4合作。在此，基板3a、4a彼此相对布置使得定子3的壁3b和动涡旋盘4的壁4b交错。可移动的螺旋状部4通过偏心驱动器沿着圆形路径移动。在螺旋状部4的移动期间，壁3b、4b在几个位置处接触并且在壁3b、4b内形成有数个顺序封闭的工作容积5，其中邻近设置的工作容积5界定不同尺寸的容积。作为对动涡旋盘4的移动的响应，工作容积5的容积和位置改变。工作容积5的容积朝着螺旋形的壁3b、4b(其也称为螺旋壁)的中心变得越来越小。偏心驱动器由围绕旋转轴线7旋转的驱动轴6和中间元件8形成。驱动轴6通过第一轴承9保持在壳体2上。动涡旋盘4通过中间元件8与驱动轴6偏心连接，这意味着动涡旋盘4的轴和驱动轴6的轴相对于彼此偏置布置。动涡旋盘4通过第二轴承10保持在中间元件8上。

此外，涡旋式压缩机1包括由多个圆形开口11a以及销11b组成的引导装置11，所述引导装置11防止可移动的螺旋状部4的任何旋转并且使得能够实现可移动的螺旋状部4绕轨道运行(orbiting)。优选形成为小孔的开口11a在可移动的螺旋状部4的基板4a的后侧中形成。销11b在壳体2的壁12上形成使得它们突出并且各自接合到开口11a中。

此外，如图1中明显的是，涡旋式压缩机1包括布置在壳体2内并固定在壳体2上的壁12，其也称为相对壁(counterwall)12。在相对壁12与可移动的螺旋状部4之间，形成反压区域13。由于在反压区域13内获得反压，因此用力将可移动的螺旋状部4压向固定的螺旋状部3，所述固定的螺旋状部3如相对壁12也固定在壳体2上。

一方面，工作容积5由螺旋状部3、4的彼此接触的壁3b、4b侧向界定。另一方面，工作容积5在可移动的螺旋状部4的壁4b的前表面14的接触面处以及在第一螺旋状部3的基板3a的朝向工作容积5取向的表面15处被密封。由于将可移动的螺旋状部4压向固定的螺旋状部3的力，因此壁4b的前表面14压向基板3a的表面15使得工作容积5被密封。在高的轴向负载下彼此相对(相向)移动的两个螺旋状部3、4由相同的基础材料形成。

图2a和2b各自示出了用于对如图1所示的压缩机构的一对螺旋状部3、4，特别是可移动的螺旋状部4的壁4b的前表面14进行涂覆的预处理的方法的图。

在每种情况下，两种方法的基础是作为螺旋状部3、4的基础材料的铝材料，其在没有涂层或没有任何额外的表面处理而使得仅螺旋状部3、4中的一者被涂覆的情况下也是可用的。在此，在每种情况下，优选可移动的螺旋状部4的壁4b的前表面14为化学镀镍的，而固定的螺旋状部3，特别是固定的螺旋状部3的基板3a的表面15保持基本上没有额外的处理并且至少未被涂覆。

然而，作为该方法的基础的特定的基础材料包括使得能够实现良好的涂层粘结、需要特殊的预处理的特性。为了确保涂层的最佳粘附性，在每种情况下均实施用于特别是关于镍的涂覆的预处理的方法。

通过根据图2a的用于涂覆基础材料(其有利地由简称为enaw-6082的铝合金alsi1mgmn形成)的预处理的第一方法，至少可移动的螺旋状部4的待涂覆的区域在第一步骤a中被脱脂并且在第二步骤b中被蚀刻。

用于例如用镍对基础材料进行涂覆或电镀的前提是可获得金属清洁表面。由于铝合金在非常短的时间内形成致密的氧化物层并且涂层根本不粘附在氧化物层上或仅非常差地粘附在氧化物层上，因此必须避免氧化物层的形成。为了避免氧化物层的形成并产生均匀的表面，在第一子步骤b1中用为碱或碱性的第一蚀刻剂，特别是用基于氢氧化钠碱液的碱液蚀刻待涂覆的表面。在第二子步骤b2中，随后用为酸性的第二蚀刻剂，特别是硝酸或氢氟酸蚀刻待涂覆的表面。特定的蚀刻剂和蚀刻条件取决于铝合金的特性，例如取决于合金中掺入外来金属的类型。在第三子步骤b3中，使待处理的表面经受第一锌酸盐蚀刻剂。通过锌酸盐蚀刻剂，铝的表面被活化并且除去天然的氧化物层。在蚀刻过程中，除去作为导电中间层的薄的天然氧化物层，这防止到涂覆的时候表面的再氧化并且使得能够实现或改善涂层的粘附性。

在子步骤b1、b2、b3之后，在第三步骤c中，将中间层特别是第一锌酸盐层施加在待涂覆的表面上。锌酸盐层在很大程度上由锌形成，然而，其也可以包含其他金属，例如铜、镍或铁。

根据基础材料和锌酸盐蚀刻剂，为了施加第二锌酸盐层并由其获得更精细、更致密的结构，将除去作为涂层的在步骤c中施加的第一锌酸盐层。在此，方法子步骤b1、b2、b3作为方法子步骤d1、d2、d3重复。在待涂覆的表面的重复蚀刻的第一子步骤d1中，用第一蚀刻剂蚀刻，用碱或碱性试剂(特别是再次用基于氢氧化钠碱液的碱液)第二次进行蚀刻过程。随后，在第二子步骤d2中，用第二蚀刻剂(酸性试剂)特别是用硝酸或氢氟酸进行蚀刻。在第五步骤e中施加第二中间层(现在为第二锌酸盐层)之前，在第三子步骤d3中在待涂覆的表面上进行第二锌酸盐蚀刻。

随后，在第六步骤f中，使特别是在待涂覆的表面的区域中的基础材料经历重复的并因此经受第三锌酸盐蚀刻，随后，在第七步骤g中，优选用镍涂覆。涂覆可以有利地化学地进行并因此没有电流或无电流。

在离散列出的方法步骤之间，具体是在蚀刻过程的离散步骤b1、b2、b3、d1、d2、d3、f之间，每次均用冲洗剂冲洗基础材料。根据图2a的用于涂覆基础材料的预处理的第一方法包括进行两次表面处理以实现镍在铝表面上的非常好的粘附性。

此外，在根据方法步骤a和方法子步骤b1以及b2脱脂和蚀刻之后，作为固定的螺旋状部3的基础材料的铝合金alsi1mgmn或enaw-6082(其与可移动的螺旋状部4的基础材料相同)至少在基板3a的表面15上被阳极氧化。在此，铝合金被电解氧化，其中通过阳极氧化产生保护层。将待阳极氧化的区域的最上面的铝层转化并且形成氧化铝。

在根据图2b的用于涂覆基础材料(其有利地由铝合金例如也称为ahs-7形成)的预处理的第二方法中，再次，在第一步骤a中至少可移动的螺旋状部4的表面的[待]涂覆的区域被脱脂，并且在在第三步骤c中施加中间层特别是第一锌酸盐层之前，在第二步骤b中用不同的蚀刻剂进行处理。具有子步骤b1、b2、b3的方法步骤a至c对应于根据图2a的第一方法的步骤。

与第一方法相比，通过使用铝合金ahs-7作为特定的基础材料，省去了方法步骤d至e和由此重复蚀刻过程的[子]步骤d1、d2、d3以及涉及施加第二锌酸盐层的步骤e。

在将第一锌酸盐层施加到待涂覆的表面上的步骤c之后，在步骤f中使基础材料经受第二锌酸盐蚀刻，以及最后，在步骤g中特别是用镍涂覆，其中涂覆有利地通过化学方式进行。

总之，根据图2b的对至少基础材料的区域进行涂覆的预处理的第二方法不需要使用多种不同的蚀刻过程以及锌酸盐层的重复施加以实现镍在铝表面上的非常好的粘附性的特殊的第二表面处理。因此，该方法也称为涂覆基础材料的预处理的‘简单方法’。

此外，与图2a的方法相比，固定的螺旋状部3不经历额外的表面处理。此外，根据图2b的方法需要使用较少的化学物质并允许工件的较短的产出时间。

图3a和3b中描绘了在根据图2a和2b的方法的各方法步骤b1、b2、d1、d2之后的螺旋状部3、4的经处理的表面。

对于重复方法子步骤b1、b2、b3作为方法子步骤d1、d2、d3，以及由此用碱性蚀刻剂、酸蚀刻剂以及锌酸盐蚀刻剂重复蚀刻待涂覆的表面和各自随后的锌酸盐层的施加，将根据图2a的对基础材料进行涂覆的预处理的第一方法进行两次的表面处理主要影响是使待涂覆的表面具有更大的粗糙度。由于更大的粗糙度，表面具有更大数量的粘附位点或固定点，以使镍在铝表面上具有非常好的粘附性。如在图3a中明显的是，随着方法的进展和重复蚀刻的增加，粗糙度和由此的粘附位点的数量显著增加。

与图3a相比，在图3b中可以看出，在根据图2b的对基础材料(特别是铝合金ahs-7)进行涂覆的预处理的第二方法中，相对于蚀刻步骤，简单的处理足以获得涂覆所需的表面粗糙度。如图3a和3b的比较显示，在用酸性蚀刻剂一次蚀刻之后，通过根据图2b的铝合金ahs-7的表面的简单处理，可以产生具有与在用酸性蚀刻剂二次蚀刻之后通过根据图2a的铝合金alsi1mgmn的表面的两次完整的处理获得的粗糙度相似的粗糙度的表面。为了确保涂层的最佳粘附性，用于涂覆特定基础材料的预处理的方法在此与特定的基础材料相匹配。

在每种情况下，基础材料包含高分数的硅，所述硅决定与由于摩擦引起的磨损和系统的润滑有关的摩擦学行为。

在图4中，彼此摩擦的螺旋状部3、4的摩擦对16的示意图以剖面图示出。可移动的螺旋状部4被布置成使得其在壁4b的前表面14处与固定的螺旋状部3的基板3a的表面15接触。接触面设置有涂层17，所述涂层17优选形成为镍层。螺旋状部3、4由相同的基础材料形成。

在基础材料中以微小硅元素18的形式的高分数的硅实现与涂层17的镍合作的滑动元件的功能。

图5是示出涡旋式压缩机1的噪声发射作为压缩机构的转速的函数的图。一方面，螺旋状部3、4各自由铝合金alsi1mgmn或ahs-7形成。另一方面，由基础材料alsi1mgmn生产的螺旋状部3、4用根据图2a的具有步骤a至g的用于涂覆的预处理的第一方法处理，由基础材料ahs-7生产的螺旋状部3、4用根据图2b的具有步骤a至g的用于涂覆的预处理的第二方法处理。

具有由基础材料ahs-7形成且用根据图2b的用于涂覆的预处理的方法处理的螺旋状部3、4的涡旋式压缩机1具有比具有由基础材料alsi1mgmn形成且用根据图2a的用于涂覆的预处理的方法处理的螺旋状部3、4的涡旋式压缩机1更低的整体噪声水平，特别是在高达约3000rpm的转速的范围内(并因此在涡旋式压缩机1的启动期间)。