(57)【要約】      （修正有）【課題】摩耗コーティングを有する圧縮機ハウジングを製造するための方法であり、これにによって製造技術中間行程を回避することが出来る。【解決手段】  圧縮機ホイール４と共働する内側壁８上に摩耗コーティング７が設けられたターボ過給機の圧縮機ハウジング１であり、プラズマスプレー法による摩耗コーティング７の製造では、例えば粗い旋盤加工のような表面の深さ方向であって圧縮機ハウジング壁８に直接施される活性化を必要とせず、コーティング７は一定の気孔率および相対的に小さな粒子サイズを有する。【選択図】      図１
2006144790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁の内側に磨耗コーティングが施された回転対称壁を有する排気ガスターボ過給機の圧縮機ハウジングを製造する方法であって、
粗い旋盤加工を含む製造手順によって圧縮機ハウジングを製造し、
前記製造工程からは独立した表面の中間活性化工程無くして摩耗コーティングを有する圧縮機ハウジング壁の内側をコーティングし、
随意的に、コーティングされた表面の仕上げ処理を行うことを特徴とする圧縮機ハウジングの製造方法。
【請求項２】
前記摩耗コーティングの製造は、大気圧プラズマスプレー法によって行われることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ハウジングの製造方法。
【請求項３】
前記摩耗コーティングの製造は、アルミニウム-シリコン及びポリエステルの混合物による大気圧プラズマスプレー法によって行われることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ハウジングの製造方法。
【請求項４】
前記アルミニウム-シリコン及びポリエステルの混合物として、スルザーメトコＮＳ６０１を用いることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機ハウジングの製造方法。
【請求項５】
前記コーティングのパラメータは、前記摩耗コーティングの平均粒子サイズが略４ミクロンとなるように選択されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の圧縮機ハウジングの製造方法。
【請求項６】
前記コーティングのパラメータは、前記摩耗コーティングの気孔率がコーティングの厚さにわたって一定となるように選択されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の圧縮機ハウジングの製造方法。  
【請求項７】
圧縮機ハウジング１内で中心軸Ａに関して回転する圧縮機ホイール４を受け入れるための回転対称内壁８を有するハウジング１を備え、前記中心軸Ａから半径方向に離れたハウジング１の縁部領域１１は、前記回転対称内側壁８の輪郭１０と相対的に小さな距離の位置で前記輪郭に沿って移動し、前記摩耗コーティング７を有する圧縮機ハウジング１の内壁８は前記圧縮機ホイール４の縁部領域でこすられ、これによって前記摩耗コーティングの表面を適応させ、特に圧縮機１の初期動作段階の間に前記圧縮機ホイール４の縁部輪郭１１でこすり、前記摩耗コーティング７はアルミニウム-シリコン及びポリエステルの混合物によって製造され、前記圧縮機ハウジング１は前記請求項１〜５の何れか一項に記載の方法によって製造されたハウジングであることを特徴とする圧縮機ハウジング。
【請求項８】
前記摩耗コーティング７は、大気圧プラズマスプレー法によって作られる平均粒子サイズが４ミクロンである細粒構造を備えていることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機ハウジング。
【請求項９】
圧縮機ホイールと共に回転対称隙間９を形成する前記圧縮機ハウジング１の内側輪郭１０の領域には、摩耗コーティングが設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の圧縮機ハウジング。
【請求項１０】
前記圧縮機ホイール４と共働する前記圧縮機ハウジング１の内側壁８の領域６から離れた圧縮機ハウジング１の吸気領域５にも、前記摩耗コーティングが設けられていることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の圧縮機ハウジング。
【請求項１１】
ＡｌＳi12とポリエステルの粉状混合物（スルザーメトコＮＳ６０１）は、前記摩耗コーティング７を製造するための基準材料として使用されることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の圧縮機ハウジング。
【請求項１２】
前記コーティング７の気孔率がコーティングの厚さにわたって一定であることを特徴とする請求項７〜１１の何れか一項に記載の圧縮機ハウジング。
【請求項１３】
請求項７〜１２の何れか一項に記載の圧縮機ハウジングをハウジングとして使用することを特徴とするターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば排気ガス過給機の圧縮機ハウジングの製造方法に係り、圧縮機ハウジングは回転対称壁を備え、その内側壁には摩耗コーティング(abrasion coating)が形成され、同時に圧縮機ハウジング内で中心軸に関して回転する圧縮機ホイールを受け入れる回転対称壁を有する圧縮機ハウジングを備え、その縁部領域は前記中心軸から半径方向に離れており、回転対称壁の輪郭に対して比較的僅かな距離だけ離れてこの輪郭に沿って動き、摩耗コーティングを有する圧縮機ハウジングの内側壁が圧縮機ホイールの縁部領域によってこすられ、これにより特に圧縮機の初期動作段階の間、摩耗コーティングの表面を圧縮機ホイールの縁部輪郭へ適合させ、摩耗コーティングはアルミニウム-シリコン及びポリエステルの粉状混合物から製造される。
【背景技術】
【０００２】
自動車技術における過給機は既に長年知られており、燃焼原動機の排気ガスのエネルギによって駆動され、原動機の効率を相当に向上させるために、燃料の燃焼のための吸入空気を圧縮する目的を果たす。
【０００３】
そのような過給機は、概して２つの部品からなり、それは排気ガスによって駆動されるタービンであり、このタービンによって駆動される圧縮機である。
圧縮機内で、圧縮機ホイールは回転し、燃焼空間へ導かれる前に吸入空気を圧縮する。
【０００４】
このように作動しながら、圧縮機ホイールは中心軸に関して回転し、その中心軸に関して回転対称ハウジングも配置されている。このため、圧縮機ホイールの縁部輪郭は圧縮機ハウジング壁の曲線に適合し、圧縮機ホイールの縁部とハウジング壁の間に小さな隙間だけが存在している。
【０００５】
これに関連し、圧縮機の効率は残された隙間幅に大きく依存しており、隙間をできる限り小さくするには相当の努力を要し、これにより、圧縮機ホイールの所望の回転自由度を維持し、これは隙間の長さの全体にわたっている。
【０００６】
このことは、圧縮機ホイールの回転対称輪郭に対する圧縮機ハウジング壁の精密な適合を必要とする。
受け入れられるコストとの関係で、製造公差は２つの構成要素の最適な適合を常に実現する範囲となるとは限らないが、構成要素には強い機械的及び熱的負荷がかかるので、時間が経つにつれて変化し、回転中に圧縮機ホイールが、磨耗コーティングの残りの寸法がせめぎあう隙間の正確な最小幅を形成する程度までこの表面を削り取るように、比較的柔らかい表面を有する磨耗コーティングが施された圧縮機ハウジングの内側を考慮することは既に過去のことである。
【０００７】
特開平１−６０７０１号公報は、ＡｌＳｉおよびポリエステルの粉状混合物の火炎スプレー(flame spraying)によって生成される磨耗コーティングを有する圧縮機のためのコーティング方法を開示している。
【０００８】
この公報は、磨耗コーティングを施す前の圧縮機ハウジングの加工について考慮する方法は詳しく記載されていないので、自動車産業における普通の方法に従って生成されるものであると理解するべきである。
【０００９】
このことは、スプレーコーティングの機械的アンカー効果を補償するような十分な表面粗さを得るために、火炎スプレーに先立って圧縮機ハウジングの表面が活性化されていなければならないことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのような活性化は、一般的にコランダムブラスト(corundum blasting)、高圧水噴射或いは空圧ネイリング(pneumatic nailing)によって成し遂げられ、これらは圧縮機ハウジングの基本的な準備とその内壁のコーティングの間の避けられないコストを含む製造技術中間工程を必要とする。
【００１１】
更に、上記公報はコーティングの粒子サイズに関しては何ら開示していないが、当該技術分野の当業者であれば得られる粒子サイズは１０ミクロンかそれ以上であることは認識するであろう。
【００１２】
また、この公報は気孔率が徐々に変化する磨耗コーティングの製造について開示しているが、これは本願の発明者によって考慮されている到達すべきゴールではない。
本発明の目的は、磨耗コーティングを有する圧縮機ハウジングを製造するための方法及びこの方法に従って製造される圧縮機ハウジングを提供することであり、これによって製造技術中間工程を回避することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、この方法は以下の工程によって成し遂げられる。
粗い旋盤加工を含む製造手順によって圧縮機ハウジングを製造し、前記製造工程からは独立した表面の中間活性化工程無くして摩耗コーティングを有する圧縮機ハウジング壁の内側をコーティングし、随意的に、コーティングされた表面の仕上げ処理を行う。
【００１４】
実施形態によれば、磨耗コーティングの生成は大気圧プラズマスプレーによって作られる。
プラズマスプレー法による磨耗コーティングのための望ましい開始材料は、アルミニウム-シリコン及びポリエステルの混合物である。
【００１５】
特に有利な開示材料は、スルザーメトコ社によってＮＳ６０１の名のもとに販売されているアルミニウム-シリコン及びポリエステルの混合物である。
有利な態様として、コーティングのパラメータは、前記摩耗コーティングの気孔率がコーティングの厚さにわたって一定となるように選択される。
【００１６】
本発明の実施形態において、前記摩耗コーティングは、大気圧プラズマスプレー法によって作られる平均粒子サイズが４ミクロンである細粒構造を備えている。
本発明の実施形態において、圧縮機ホイールと共に回転対称隙間を形成する前記圧縮機ハウジング１の内側輪郭１０の領域には、摩耗コーティングが設けられている。
【００１７】
他の実施形態において、前記圧縮機ハウジング１には領域６だけでなく吸気領域５にも、前記摩耗コーティングが設けられている。
本発明は更に、本発明により製造された圧縮機ハウジングをターボ過給機のハウジングとして使用することにも関連する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、ターボ過給機の圧縮機の軸方向断面図を示している。
圧縮機のハウジング１は、圧縮されるべき空気のための吸気領域２を備え、圧縮機ホイール４に向かう流れ方向にテーパーとなっている。
【００１９】
最小の断面の領域５において、圧縮機ホイール４は、最小断面の領域５から大きな断面の領域６の先の流れ方向まで延びるように配置され、そこから圧縮された空気は、特に図示はしないが、環状空間３に向けて方向付けられ、そこから更に図示しない燃焼空間に供給される。
【００２０】
回転する圧縮機ホイール４がかすめる圧縮機ハウジングの領域５、６内では、摩耗コーティング７がハウジング１の内壁８に施され、そのハウジング１は、圧縮機ホイールの自由回転を許容するための最小限隙間９を除き、圧縮機ホイール４の回転形状と実際に正確に同じ回転形状を有している。
【００２１】
この最小限隙間９は摩耗コーティング７の厚みと同様に、図１に示すように極端に厚い。
製造技術の理由から、隙間の幅は、全ての条件下でハウジングの内壁を圧縮機ホイールがこするのを防ぐのに十分大きな隙間が選択されなければならず、なぜなら圧縮機羽根の高周波振動を引き起こし、圧縮機ホイールの早い段階での故障の結果を生むからである。一方、圧縮機の高い効率を維持するためには、隙間はできるだけ狭い方がよい。
【００２２】
一方で圧縮機効率を向上させるために最小の隙間を用いることと、他方でターボ過給機の早い故障を防ぐために十分大きな隙間の幅を用いることとのジレンマに対する解決手法は、柔らかいコーティングを持つ圧縮機壁の内面を提供することであり、圧縮機ホールファンのこすりに耐えるだけでなく、隙間を生成するために羽根の輪郭にそれを与え、それを削り取ることによって最適な態様で適応される。
【００２３】
コーティングの厚さ及び柔らかさは、一方でこすりが計画的に許容され、他方で圧縮機ホイールの焼き付きは確実に避けるように選択される。
除々に変化する多孔質被膜を製造するための方法が記載されている特開平１-０６０７０１号公報と比較して、本発明の発明者はより有利なものとして一定の気孔率を考えた。このことは、被膜のより均一な摩耗という結果を生み、従って最小の隙間を形成するためにより望ましい。そのような最小の隙間を得るために、回転している間に圧縮機羽根によって放出される粒子をできるだけ小さく維持するために、摩耗被膜において比較的小さい寸法の粒子を実現することが望ましく、こうしてクレーター(crater)をできるだけ小さく維持し、一方で機械的応力を低減するとともに、他方で表面を良い状態に保つ。
【００２４】
大気圧プラズマスプレー(atmospheric plasma spray)法は、圧縮機ハウジングの前処理（例えば、コランダムブラスティング(corundum blasting)）を無くし、代わりに粗い旋盤加工(rough turning）のような簡単な手順をとる可能性を広げる。
【００２５】
この粗い旋盤加工は、対応する構成要素のための製造工程の一部として直接用いられるが、他の工程で既に加工された平滑な表面を有する構成要素のための簡単な中間工程として適用することもできる。
【００２６】
固着性能としては、プラズマスプレーコーティングの場合、火炎スプレーコーティングよりもかなり強い。加えて当該技術は、簡単な粗い旋盤加工の後にプラズマスプレーによって圧縮機ハウジング半加工品(blank)を処理する本発明に従う可能性を提供し、これによって固着性能は更に向上する。
［実施例］
圧縮機ハウジング半加工品は伝統的にアルミニウム鋳造で製造され、所望の寸法あるいは表面品質を得るために、続く旋盤加工によって仕上げられるが、そのような領域は精密な寸法及び平滑な表面を要求する。
【００２７】
その後、粗い旋盤加工工程が行われ、圧縮機ホイールの反対の圧縮機ハウジング１の内側８の領域５、６に削り部を生成し、これは後続のプラズマスプレーにとって有効である。
【００２８】
粗い旋盤加工は以下のパラメータに従って行われる。
オーバーメジャー(overmeasure)    0.4ｍｍ
先端部(advance)    0.35ｍｍ
切削速度          800ｍ／分
可逆チップ        ＨＭ
半径                0.2ｍｍ
加工粗さ            55〜80ミクロン
粗い旋盤加工は、この粗い旋盤加工のための追加出費が実質的に無視できるように、半加工品の前加工と全く同じレース(lace)に施される。
【００２９】
コランダムブラスティングのような製造技術中間工程には相当に高い出費が必要となり、それは構成要素が異なる工作機械に把持されなければならないからである。
粗い旋盤加工の後、構成要素はコーティング設備に送られる。使用されるコーティング設備はメディコートのバーナーシステムＦ４である。
【００３０】
構成要素を回転させることによって、コーティングされるべき表面の均一なコーティングが成し遂げられる。
コーティング材料であるＡｌＳｉ１２＋ポリエステル（スルザーメトコ６０１ＮＳ）は、粉体搬送機及び噴射器によって、バーナーシステムによって生成されたプラズマ内に導入され、コーティングされるべき表面に付着される。
【００３１】
動作パラメータは以下の通りである。
ノズル径    ６ｍｍ
作動電流    300アンペア
プラズマガス    Ａｒ  70リットル／分
Ｈ２  ８リットル／分
キャリアガス          ５リットル／分
粉体搬送速度          30ｇ／分
中心距離              100ｍｍ
コーティングのための基礎材料の粉体の粒子サイズ及び上記作動パラメータは、コーティングの粒子サイズがおよそ４ミクロンとなり、相対的に低い気孔率が作られるように最適化される。
【００３２】
上記条件の下で得られる磨耗コーティングの表面は、仕上げ処理を不要にする品質を備えている。
しかし、仕上げ処理は行われ、燃焼空間、タービン及び触媒のような後段のシステムに対して特に有益である。
【００３３】
図２において、様々に作られたコーティング厚の結果、一方で圧縮機ホイールの輪郭領域だけに磨耗コーティングを有する圧縮機ハウジングの場合と、他方で吸気領域にもコーティングがされている圧縮機ハウジングの場合が、圧縮機の効率の向上度の形態で示されている。
【００３４】
これらから、圧縮機ホイールの輪郭領域と吸気領域の両方におよそ0.15ｍｍ厚のコーティングを有する圧縮機では、効率の向上度はおよそ2.5％のオーダーであり、0.4ｍｍのコーティング厚の場合の効率向上度は５％を超える。
【００３５】
圧縮機ホイールの輪郭領域にのみコーティングを有する圧縮機の場合、コーティング厚0.15ｍｍでおよそ１％の効率向上を示し、0.4ｍｍのコーティング厚ではおよそ５％の効率向上に達する。
【００３６】
このことは、吸気領域にもコーティングを施すことで、比較的薄い磨耗コーティングの場合に圧縮機の効率を向上させることを助け、コーティング厚を更に増大させても実質的に更なる効率の向上は望めないという結果を生む。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】磨耗コーティングを備えた圧縮機ハウジングの軸方向断面図を示す。
【図２】本発明に係る磨耗コーティングを有するターボ圧縮機の効率改善の図である。
【図１】
2006144790.tif 000003
【図２】
2006144790.tif 000004