(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ媒体に接触する少なくとも１つの機能領域（８）と、負荷支持特性を有する少なくとも１つの機能領域（７）とを有する流導コンポーネントであって、
前記機能領域（７，８）は、耐摩耗性を必要とする遠心ポンプの前記流動コンポーネントの機能領域（ベーン８）と、負荷支持特性を必要とする遠心ポンプの流動コンポーネントの機能領域（ハブ７）との金属組織を異ならせ、耐摩耗性を必要とする機能領域（ベーン８）に高硬度をもたらし、負荷支持特性を必要とする機能領域（ハブ７）に高靭性をもたらすように構成し、
前記機能領域（７，８）を含む機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、前記遠心ポンプの流動コンポーネントの機能領域（７，８，９，１０）と、弁の流動コンポーネントの機能領域（１５，１６）とを含み、
選択的レーザー溶融法によるレーザー照射による連続的な層の凝固によって、構造材料から作製されるようになっており、前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の種々の特性は、前記レーザー照射のエネルギー入力の変化によって生じるようになっており、前記弁は一体ハウジング（１１）を有しており、該一体ハウジング（１１）の弁シートを形成する機能領域（１５）は高硬度を有し、かつ該一体ハウジング（１１）のフランジの形態にある接続要素として設計されている機能領域（１６）は高い引張強度を有していることを特徴とする、流導コンポーネント。
【請求項２】
前記構造材料は、金属粉末粒子を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の流導コンポーネント。
【請求項３】
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の前記構造材料は、その化学組成が同一であることを特徴とする、請求項１または２に記載の流導コンポーネント。
【請求項４】
前記構造材料は、低合金鋼粉末粒子および／または高合金鋼粉末粒子を含んでいることを特徴とする、請求項１−３のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項５】
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、一体コンポーネントを形成していることを特徴とする、請求項１−４のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項６】
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の種々の特性は、エネルギー入力の変化によって生じるようになっていることを特徴とする、請求項１−５のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項７】
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の種々の特性は、前記照射の強度の変化によって生じるようになっていることを特徴とする、請求項１−６のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項８】
前記機能領域（７，８，９，１０，ｌ５、１６）の種々の特性は、前記照射の走査速度の変化によって生じるようになっていることを特徴とする請求項１−７のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項９】
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、種々の組織を有していることを特徴とする、請求項１−８のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項１０】
少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、６００ＭＰａ超の引張強度を有し、および／または少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、６００ＭＰａ未満の引張強度を有していることを特徴とする、請求項１−８のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項１１】
少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、２５０ＨＢ超の硬度を有し、および／または少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、２５０ＨＢ未満の硬度を有していることを特徴とする、請求項１−１０のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項１２】
少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、１０％超の破断伸びを有し、および／または少なくとも１つの機能領域（７）は、１０％未満の破断伸びを有していることを特徴とする、請求項１−１１のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
【請求項１３】
請求項１−１２のいずれか１つに記載の流導コンポーネントを作製するための方法であって、
構造材料の層をプレートに施すステップと、
前記層を選択的レーザー溶融法による選択的にレーザー照射するステップと、
前記コンポーネントの機能領域（７，８，９，１０）の特性を意図的に生じさせるために、前記機能領域（７，８，９，１０）を生成するための前記レーザー照射を意図的に変化させるステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ媒体と接触する少なくとも１つの機能領域および負荷支持特性を有する少なくとも１つの機能領域を有する流導コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような流導コンポーネント（flow-conducting component,流動成分、流動構成要素）は、遠心ポンプの部品、例えば、インペラまたはポンプケーシングであってもよいし、または弁の部品、例えば、シャットオフ本体または弁ハウジングであってもよい。
【０００３】
インペラは、負荷支持特性も有する必要がある。何故なら、インペラは、遠心ポンプのハウジング内に配置されており、シャフトによって駆動されるからである。さらに、送達される媒体に接触するインペラの表面、特に、インペラ縁は、特に耐摩耗性を有していなければならない。これは、特に、インペラが固形物を含む媒体を送達するために用いられる場合に当てはまる。固形粒子は、インペラの摩耗をもたらすことになる。また、インペラは、生じる可能性のあるキャビテーションに対して耐性を有していなければならない。
【０００４】
この場合、負荷支持特性を有する機能領域は、高強度および低脆弱性を有していなければならない。これと対照的に、送達される媒体と接触し、それ故、摩耗を免れないインペラの機能領域は、硬質かつ耐摩耗性の材料から構成されるべきである。
【０００５】
従来のインペラの場合、これは、例えば、負荷支持特性を有するインペラの機能領域が低脆弱性かつ高強度の材料から作製されている場合、コーティングによって達成されるようになっている。他の化学材料からなる被膜、例えば、ステライト被覆がこの機能領域に施される。これには、かなりのコスト、大きな労力、およびリサイクル可能性の制限が付随することになる。
【０００６】
特許文献１は、複数の金属薄板部分から組み立てられた遠心ポンプインペラを記載している。剛性構造を達成するために、エネルギー伝達ベーンは、力伝達カバーディスクだけに固定されている。個々の部品として設計された吸込開口が、インペラの吸入領域を形成している。吸込開口は、ベーン入口を覆っている。ベーン通路を覆うベーンを有しないカバーディスクが、インペラ出口と吸込開口の最大径部との間においてベーンに固定されている。
【０００７】
特許文献２は、遠心ポンプ用の種々の材料からなる多段デフューザに関するものである。用いられる材料によって、種々の膨張係数が熱負荷をもたらすことになる。半径方向において有効なデフューザの多数の嵌合クリアランス点の内、１つのみの嵌合クリアランス点が各温度に対応するようになっている。低温作動状態では、より小さい直径側に位置する嵌合クリアランス点が作用し、高温作動状態では、より大きい直径側に位置する嵌合クリアラス点が作用するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第３７３１１６１Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４０３１９３６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、種々の特性を備える機能領域を有する流導コンポーネントを開示することにある。この場合、送達される媒体に接触する流導コンポーネントの表面および縁は、特に耐摩耗性を有すると共に、生じ得るキャビテーションに対して耐性を有するべきである。さらに、コンポーネントは、特に有利な負荷支持特性を有する機能領域を有するべきである。流導コンポーネントは、長寿命および信頼性のある作動原理によって他と区別されるべきである。さらに、種々の熱膨張係数の結果としての損傷は、回避されるべきである。また、コンポーネントは、良好なリサイクル可能性によって他と区別されるべきある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する流導コンポーネントおよび請求項１２の特徴を有するこのようなコンポーネントを作製するための方法によって、達成されることになる。好ましい変更形態は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明によれば、流導コンポーネントの種々の機能領域は、照射による層の連続的な溶融および凝固によって、構造材料から作製される。流導コンポーネントの個々の機能領域の種々の特性は、この場合、照射の変化によって生じる。局部的な熱入力の意図的な制御によって、流導コンポーネントの作製中に材料特性の変更が生じる。その結果、化学的に均質な材料からなるコンポーネントにおいて、種々の材料状態、従って、種々の特性を有する区域および組織の生成が、良好に達成されることになる。
【００１２】
本発明による流導コンポーネントは、生成的製造プロセス（generative manufacturing process）によって意図的に生じた特性を備える機能領域を有している。この流導コンポーネントは、それぞれの使用に合わせて最適化された特別の特性を備える種々の機能領域を有する遠心ポンプのインペラまたは弁シートのようなコンポーネントを含んでいる。流導コンポーネントの種々の機能領域は、種々の強度、変形能、および摩耗またはキャビィテーションに対する耐性を有することができる。
【００１３】
流導コンポーネントを作製するために、微量の材料の機械的な特性を変更させるエネルギー入力の意図的な制御が、コンポーネントの作製中に行われる。後続の熱処理が排除されるので、局部的に生じた種々の材料状態が維持されることになる。コストの掛かる被膜は、もはや必要ではない。
【００１４】
流導コンポーネントを作製するための構造材料は、好ましくは、金属粉末粒子である。本発明の変更形態では、鉄および／またはコバルトを含有する粉末粒子がこのために用いられる。これらは、クロム、モリブデン、またはニッケルのような添加物を含んでいてもよい。
【００１５】
金属構造材料が、薄層をなすように粉末の形態でプレート上に施される。粉末材料は、いずれの場合も、所望の箇所において照射によって局部的に完全に再溶融され、その後、凝固によって固体材料層が形成される。次いで、このベースプレートは、層厚みの分だけ下降され、粉末が再び施される。全ての層が再溶融されるまで、このサイクルが繰り返される。完成したコンポーネントから余分な粉末が取り除かれる。
【００１６】
照射として、例えば、個々の粉末層から流導コンポーネントを生成するレーザービームを用いることができる。レーザービームを案内するためのデータは、３Ｄ−ＣＡＤ体に基づいてソフトウエアによって得られる。代替的に、選択的レーザ溶融に代わって、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）が用いられてもよい。
【００１７】
このようにして作製された流導コンポーネントは、本発明による種々の機械的特性を備える機能領域を有することになる。コンポーネントを作製するための構造材料は、化学的に同じであるが、本発明によれば、照射の変化によって種々の金属組織が生じる。その結果、種々の金属組織を有する一体のコンポーネントが形成されることになる。
【００１８】
従って、媒体と接触する機能領域、例えば、表面への照射によって誘導されるエネルギー入力は、主として負荷支持特性を有する機能領域へのエネルギー入力と異なることになる。これは、例えば、照射の強度の変化によって達成することができる。レーザービームが個々の粉末層上を走行する走査速度も、エネルギー入力、従って、それによって得られる組織に影響を与えることになる。
【００１９】
ここでは、負荷支持特性を有する機能領域は、好ましくは、媒体に接触する機能領域よりも大きい強度を有している。
【００２０】
これと対照的に、媒体と接触する機能領域の硬度は、負荷支持特性を有する機能領域の硬度と比較して大きくなっている。
【００２１】
また、流導コンポーネントの種々の特性を生じさせるために、照射を介するエネルギー入力によって、種々の機能領域の破断点における靭性および／または伸びに意図的な影響を与えることができる。
【００２２】
この場合、もし負荷支持特性を有する機能領域が４０Ｊを超えるノッチ衝撃エネルギーを有し、流れ媒体に接触する機能領域が１０Ｊ未満のノッチ衝撃エネルギーを有するなら、有利であることが分かっている。
【００２３】
本発明のさらなる特徴および利点は、図面に基づく例示的な実施形態の説明および図面から明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】遠心ポンプ装置の断面図である。
【図２】遠心ポンプのインペラを示す図である。
【図３】弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、ケーシング２内に配置されたインペラ１を有する遠心ポンプ装置の断面図を示している。ケーシングは、吸込コネクタ３の形態にある流体入口開口と、排出コネクタ４の形態にある流体出口開口とを有している。この例示的実施形態におけるケーシング２は、螺旋ケーシングである。
【００２６】
インペラ１は、ラジアルインペラとして設計されており、シャフト５によって駆動されるようになっている。シャフト５は、この図に示されていないモータによって回転するようになっている。シャフト５は、軸受６を介して支持されている。
【００２７】
図２は、複数の機能領域７，８，９，１０を有するインペラ１を示している。シャフト５に対するハブを形成する機能領域７は、高強度および低脆弱性を有している。
【００２８】
しかし、ベーンを形成するインペラの機能領域８は、高硬度を備え、これによって、特に摩耗およびキャビテーションに対する耐性を有している。
【００２９】
例示的実施形態では、インペラは、カバーディスクを形成する機能領域９および後シュラウドを形成する機能領域１０によっても特徴付けられている。
【００３０】
各機能領域は、本出願に特に適合する特性を備えている。
【００３１】
インペラのこれらの特性を生じさせるために、以下のステップが連続的に行われる。
【００３２】
まず第１に、鉄材料からなる金属粉末が、薄層をなすようにプレート上に施される。例示的な実施形態では、該粉末は、クロムモリブデン鋼の粉末である。
【００３３】
インペラが形成されるべき箇所において、レーザービームが作用し、粉末粒子を互いに融合させる。
【００３４】
凝固の後、インペラ１のそれぞれの機能領域の材料層が形成される。
【００３５】
次いで、ベースプレートは、層厚みの分だけ下降され、再び粉末が施される。
【００３６】
このサイクルは、全ての層が再溶融されるまで、繰り返される。
【００３７】
完成したコンポーネントから余分の粉末が取り除かれる。
【００３８】
インペラの３Ｄ形状は、ソフトウエア内にデータセットとして記憶されている。レーザービームは、制御装置によって移動し、プレート上の粉末層によって被覆されたそれぞれの領域の対応する選択的溶融によって、インペラの形状を溶融させ、次いで、これらの領域が凝固することになる。
【００３９】
本発明によれば、エネルギー入力は、種々の組織および種々の特別の特性を有する種々の機能領域７，８，９，１０が形成されるように変化され、これによって、最適な組成を有するインペラが得られる。インペラは、一体コンポーネントである。
【００４０】
図３は、弁の断面図を示している。弁は、一体ハウジング１１を有している。ハウジング１１内に配置されているのは、シャットオフ本体１２である。シャットオフ本体１２は、スピンドル１３を介して、駆動装置１４によって、垂直方向において移動することができるようになっている。
【００４１】
弁シートを形成する一体ハウジング１１の機能領域１５は、高硬度を有している。図３においてフランジの形態にある接続要素として設計されている、一体ハウジング１１の機能領域１６は、高い引張強度を有している。
以下に本発明の実施の形態を列記する。
[実施形態１]
流れ媒体に接触する少なくとも１つの機能領域（８）と、負荷支持特性を有する少なくとも１つの機能領域（７）とを有する流導コンポーネントであって、
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、照射による連続的な層の凝固によって、構造材料から作製されるようになっており、前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の種々の特性は、前記照射の変化によって生じるようになっていることを特徴とする、流導コンポーネント。
[実施形態２]
前記構造材料は、金属粉末粒子を含んでいることを特徴とする、実施形態１に記載の流導コンポーネント。
[実施形態３]
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の前記構造材料は、その化学組成が同一であることを特徴とする、実施形態１または２に記載の流導コンポーネント。
[実施形態４]
前記構造材料は、低合金鋼粉末粒子および／または高合金鋼粉末粒子を含んでいることを特徴とする、実施形態１−３のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態５]
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、一体コンポネントを形成していることを特徴とする、実施形態１−４のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態６]
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の種々の特性は、エネルギー入力の変化によって生じるようになっていることを特徴とする、実施形態１−５のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態７]
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）の種々の特性は、前記照射の強度の変化によって生じるようになっていることを特徴とする、実施形態１−６のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態８]
前記機能領域（７，８，９，１０，ｌ５、１６）の種々の特性は、前記照射の走査速度の変化によって生じるようになっていることを特徴とする実施形態１−７のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態９]
前記機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、種々の組織を有していることを特徴とする、実施形態１−８のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態１０]
少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、６００ＭＰａ超、好ましくは、６５０ＭＰａ超、特に７００ＭＰａ超の引張強度を有し、および／または少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、６００ＭＰａ未満、好ましくは、５５０ＭＰａ未満、特に５００ＭＰａ未満の引張強度を有していることを特徴とする、実施形態１−８のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態１１]
少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、２５０ＨＢ超、好ましくは、３００ＨＢ超、特に３５０ＨＢ超の硬度を有し、および／または少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、２５０ＨＢ未満、好ましくは、２００ＨＢ未満、特に１５０ＨＢ未満の硬度を有していることを特徴とする、実施形態１−１０のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態１２]
少なくとも１つの機能領域（７，８，９，１０，１５，１６）は、１０％超、好ましくは、１５％超、特に２０％超の破断伸びを有し、および／または少なくとも１つの機能領域（７）は、１０％未満、好ましくは、５％未満、特に１％未満の破断伸びを有していることを特徴とする、実施形態１−１１のいずれか１つに記載の流導コンポーネント。
[実施形態１３]
流導コンポーネント、特に、請求項１−１２のいずれか１つに記載のコンポーネントを作製するための方法であって、
−構造材料の層をプレートに施すステップと、
−前記層を選択的に照射するステップと、
−前記コンポーネントの機能領域（７，８，９，１０）の特性を意図的に生じさせるために、前記機能領域（７，８，９，１０）を生成するための前記照射を意図的に変化させるステップと、
を含む、方法。
【図１】
0006785778.tif 000002
【図２】
0006785778.tif 000003
【図３】
0006785778.tif 000004