DE112013005531T5

DE112013005531T5 - Verbundladerrotoren und Verfahren für deren Aufbau

Info

Publication number: DE112013005531T5
Application number: DE112013005531.7T
Authority: DE
Inventors: Martin Dale Pryor; William Nicholas Eybergen
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-08-06
Also published as: US20150252719A1; US10208656B2; CN205089597U; WO2014081823A1

Abstract

Ein Laderrotor mit verringerter Rotationsträgheit kann zu einer erhöhten Leistung des Laders führen. Der Rotor kann einen Verbundwerkstoff aufweisen und durch Extrusion, Injektionsspritzen oder ein anderes Spritzverfahren gefertigt oder aufgelegt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Rotor einen Kern mit einem zentralen Bereich und einem oder mehreren radial verlaufenden Bereichen aufweisen. Der Kern kann extrudiert oder aus gestapelten Platten gefertigt sein. Ein spritzgegossener Bereich des Rotors, einschließlich einem oder mehreren Flügeln, kann über einen entsprechenden der radial verlaufenden Bereiche spritzgegossen sein. Bei anderen Ausführungsformen beinhaltet ein Hauptbereich des Rotors einen oder mehrere Flügel, jedoch weder ein zentrales Loch noch eine entsprechende Welle, die sich zwischen den Enden des Hauptbereichs erstreckt. Stattdessen sind Stummelwellen an den Enden des Hauptbereichs angebracht. Die erhöhte Leistung kann ein verringertes Geräusch, reduzierte Kosten, eine erhöhte Zuverlässigkeit und/oder Haltbarkeit, eine erhöhte thermische Effizienz, ein verbessertes Verhältnis von Leistung zu Gewicht usw. umfassen.

Description

Querverweis auf zusammenhängende Anmeldungen
Diese Anmeldung wurde am 20 November 2013 als eine Internationale PCT-Patentanmeldung eingereicht und beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 61/728.399, eingereicht am 20. November 2012, wobei letztere Anmeldung hier in ihrer Gesamtheit als Referenz dient.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotationskompressoren oder -gebläse, die zum Pumpen und/oder Komprimieren von Gas (z.B. Luft) verwendet werden.
Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Roots-Gebläse. Derartige Roots-Gebläse sind zum Aufladen von Verbrennungsmotoren (z.B. Dieselmotoren, Ottomotoren usw.) verwendet worden. Bei der Verwendung mit Verbrennungsmotoren können derartige Roots-Gebläse eine Komponente eines Zwangszufuhrsystems sein, das einem Verbrennungsmotor Luft oder ein Luft/Brennstoff-Gemisch zuführt. Derartige Zwangszufuhrsysteme führen dem Verbrennungsmotor die Luft bzw. das Luft/Brennstoff-Gemisch unter einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck zu. Im Unterschied dazu werden Saugverbrennungsmotoren bei Atmosphärendruck mit Luft oder einem Luft/Brennstoff-Gemisch gespeist. Indem dem Verbrennungsmotor Druckluft oder ein unter Druck stehendes Luft/Brennstoff-Gemisch zugeführt wird, wird der Motor aufgeladen. Die Roots-Gebläse sind als Verdrängungslader bekannt. Verdrängungslader liefern im wesentlichen bei jeder Umdrehung einer Eingangswelle ein vorgegebenes Gasvolumen bei gegebenem Druck und einer vorgegebenen Temperatur. Im Unterschied dazu sind bestimmte Lader mit Impeller keine Verdrängungs-, sondern Turbolader. Ein beispielhafter Roots-Lader ist im US-Patent Nr. 7 866 966 offenbart, das auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung überschrieben worden ist und hier in seiner Gesamtheit als Referenz dient. Ein weiterer beispielhafter Roots-Lader ist im US-Patent Nr. 4 828 467 offenbart, das ebenfalls auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung überschrieben worden ist und hier in seiner Gesamtheit als Referenz dient.
Zusammenfassung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf verschiedene Verbesserungen bei Laderrotoren, die zu einer erhöhten Leistung von Ladern beitragen. Diese verbesserten Lader können in Verbrennungsmotoranordnungen integriert werden und erhöhen dadurch die Leistung der Verbrennungsmotoren. Ferner können diese verbesserten Verbrennungsmotoranordnungen in ein motorisiertes Fahrzeug integriert werden und dadurch die Leistungsfähigkeit des motorisierten Fahrzeugs erhöhen. Die verbesserte Leistung kann eine verbesserte Brennstoffeffizienz, verringerte Geräusche, reduzierte Kosten, eine erhöhte Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und thermische Effizienz sowie ein verbessertes Verhältnis von Leistung zu Gewicht oder Leistung zu Größe, einen reduzierten elektrischen Leistungsbedarf, verringerte Gaspedalverzögerungszeiten usw. umfassen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bezüglich des Laderrotors, wodurch Verbundrotoren und/oder Rotoren mit verringerter Rotationsträgheit einfacher hergestellt werden können. Durch eine verringerte Rotationsträgheit kann der Laderrotor und somit der Lader mit einem dementsprechend verringerten Eingangsdrehmoment und Leistungsbedarf beschleunigt werden. Eine Reduzierung des Eingangsdrehmoments und des Leistungsbedarfs bietet mehrere Vorteile. Beispielsweise werden bestimmte Lader von einer gekuppelten Antriebswelle angetrieben. Ein verringertes Eingangsdrehmoment und ein niedrigerer Leistungsbedarf des Laders ermöglicht es, dass Größe, Kosten, Gewicht usw. von der Kupplung und/oder den anderen Antriebskomponenten (z.B. Antriebsriemen, Lager, elektrische Antriebsmotoren usw.) verringert werden können. Für eine Kupplung, einen elektrischen Antriebsmotor, Antriebsriemen usw. mit gegebener Größe kann eine verringerte Rotationsträgheit des Laders zu einer verbesserten Beschleunigung des Laders und und somit zu verringerten Verzögerungszeiten des Laders führen, um Druck, Massendurchsatz usw. aufzubauen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte strukturelle Leistung (z.B. erhöhte Festigkeit, verringerte Verformung, verbesserte Dauerfestigkeit, Anpassung von Eigenfrequenzen usw.) des Laderrotors im Vergleich zu Rotoren vom Stand der Technik. Beispielsweise können dünne Teilabschnitte eines umspritzten Bereiches (z.B. eines Verbundbereiches) eines Rotors (z.B. eines Verbundrotors) durch verschiedene Verfahren verstärkt werden. In einer Ausführungsform wird ein Verstärkungskern innerhalb des umspritzten Bereiches bereitgestellt. Der Verstärkungskern verstärkt den Rotor (z.B. an den dünnen Teilabschnitten) und/oder führt die strukturellen Belastungen des Rotors von bestimmten Bereichen (z.B. von den dünnen Teilabschnitten) ab. In anderen Ausführungsformen wird eine sich typischerweise innerhalb eines Rotors befindliche Welle entfernt, wodurch auch der dünne Teilabschnitt zwischen einem äußeren Profil des Rotors und einer Welle entfernt wird. Im Einzelnen kann sich der Verbundwerkstoff durch ein Zentrum des Rotors und durch einen Bereich erstrecken, der typischerweise von der Welle belegt wird. Die Funktion der Welle kann durch Stummelwellen übernommen werden, die an jedem Ende des Rotors montiert sind. Wahlweise kann ein Loch an einem oder beiden Enden des Rotors vorgesehen werden, und eine Welle oder ein Rohr kann mit dem Loch in Eingriff treten. Eine angetriebene Stummelwelle an einem ersten Ende des Rotors kann eine andere Konfiguration als eine leerlaufende Welle an einem zweiten Ende des Rotors aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Laderrotor (d.h. einen Roots-Gebläserotor), der einen Kern, eine Montageanordnung sowie einen geformten Bereich beinhaltet. Der Kern umfasst einen Zentralbereich und mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich. Der Kern erstreckt sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die Montageanordnung ist dazu ausgelegt, den Kern um die Drehachse herum drehbar zu montieren. Der geformte Bereich umfasst mindestens einen Flügel. Der mindestens eine Flügel ist über mindestens einen Teil eines mindestens einen entsprechenden sich radial erstreckenden Bereichs des Kerns umspritzt. Der geformte Bereich erstreckt sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Eine Anzahl N von Flügeln und entsprechenden sich radial erstreckenden Bereichen des Kerns kann zwei, drei, vier, fünf oder mehr betragen. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt/erstrecken sich der/die sich radial erstreckende(n) Bereich(e) und der bzw. die Flügel erstreckt/erstrecken sich entlang eines wendelförmigen Pfades. In bestimmten Ausführungsformen streicht der wendelförmige Pfad mit mehr als 60 Grad oder mit mindestens 60 Grad um die Drehachse, wenn sich der mindestens eine sich radial erstreckende Bereich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des sich radial erstreckenden Bereiches erstreckt. In anderen Ausführungsformen streicht der wendelförmige Pfad innerhalb eines Bereiches von zwischen etwa 90 Grad bis zu etwa 160 Grad um die Drehachse, wenn sich der sich radial erstreckende Bereich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des sich radial erstreckenden Bereiches erstreckt.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst der sich radial erstreckende Bereich eine Befestigungsstruktur, die dazu ausgelegt ist, mit dem geformten Bereich ineinander zugreifen. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich der sich radial erweiterte Bereich zwischen einem mit dem Kern verbundenen inneren Ende und einem äußeren Ende, und die mindestens eine Befestigungsstruktur ist mit dem sich radial erstreckenden Bereich zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende verbunden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Befestigungsstruktur mit dem sich radial erstreckenden Bereich benachbart zu dem äußeren Ende verbunden.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Flügel einen Außenbereich und einen Innenbereich, und der Innenbereich ist zwischen dem Außenbereich und der Drehachse angeordnet und umfasst einen Bereich mit reduziertem Querschnitt. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Außenbereich einen hypozykloidalen Bereich, und der Innenbereich umfasst einen epizykloidalen Bereich. Wie hier verwendet können die Begriffe hypozykloidal und epizykloidal mathematisch exakte Hypozykloide und Epizykloide umfassen, oder sie können sich auf ungefähre Hypozykloide bzw. Epizykloide beziehen. In bestimmten Ausführungsformen stellt der sich radial erstreckende Bereich eine Zugbewehrung über den Bereich mit reduziertem Teilabschnitt bereit, wenn die Flügel Zugbelastungen ausgesetzt werden (z.B. zentrifugalen Beschleunigungsbelastungen durch die Rotation mit hoher Geschwindigkeit). In bestimmten Ausführungsformen ist die Befestigungsstruktur dazu ausgelegt, mit dem geformten Bereich innerhalb des Außenbereiches des Flügels ineinander zugreifen.
In bestimmten Ausführungsformen schließt der geformte Bereich den Kern im wesentlichen ein. In bestimmten Ausführungsformen schließt der geformte Bereich den Kern zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Kerns ein und lässt den Kern am ersten Ende und am zweiten Ende des Kerns offen. In anderen Ausführungsformen kann der geformte Bereich den Kern vollständig einschließen. In bestimmten Ausführungsformen umgibt der geformte Bereich die Drehachse. In weiteren Ausführungsformen kann der geformte Bereich segmentiert sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der segmentierte Teil des geformten Bereiches jeweils vollständig oder teilweise ein Flügelsegment festlegen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Kern ein metallisches Material (z.B. Aluminium, Stahl, Titan usw.), und der geformte Bereich umfasst einen Verbundwerkstoff oder ein thermoplastisches Material (z.B. Kevlar^®, Glasfaser, Nylon usw.). In bestimmten Ausführungsformen ist der Kern im wesentlichen aus metallischem Material gefertigt, und der geformte Bereich ist im wesentlichen aus Verbundwerkstoffen gefertigt. In bestimmten Ausführungsformen ist der Kern aus extrudiertem metallischen Material gefertigt (z.B. extrudiertes Aluminium).
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Laderrotors, bei dem ein Kern bereitgestellt und ein geformter Bereich über mindestens einen Teil des Kerns umspritzt wird. Im Einzelnen ist der Kern dazu ausgelegt, um eine Drehachse zu rotieren, wenn er drehbar an einem Gehäuse des Laders montiert ist, und der geformte Bereich umfasst mindestens einen Flügel. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet der Kern mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich, und das Umspritzen des Kerns beinhaltet ein Umspritzen des mindestens einen Flügels über den mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Herstellen des Laderrotors ferner das Extrudieren des Kerns mit einem Extrusionswerkzeug. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Umspritzen des Kerns weiterhin ein Extrusionsumspritzen des mindestens einen Flügels über den mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Extrusion des Kerns mit dem Extrusionswerkzeug ein wendelförmiges Extrudieren. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Extrusionsumspritzen des mindestens einen Flügels ein wendelförmiges Extrusionsumspritzen.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Laderrotor, der einen Kern und einen geformten Bereich umfasst. Der Kern ist dazu ausgelegt, um eine Drehachse zu rotieren, wenn er drehbar an einem Gehäuse des Laders montiert ist. Der geformte Bereich umfasst mindestens einen Flügel. Der mindestens eine Flügel ist über mindestens einen Teil des Kerns umspritzt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Laderrotor, der eine Verbundflügelanordnung und eine erste Stummelwellenanordnung umfasst. Die Verbundflügelanordnung erstreckt sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die Verbundflügelanordnung umfasst mindestens einen Flügel. Die erste Stummelwellenanordnung ist am ersten Ende der Verbundflügelanordnung installiert. Die erste Stummelwellenanordnung ist dazu ausgelegt, um eine Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar an einem Gehäuse des Laders montiert ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Laderrotor ferner eine zweite Stummelwellenanordnung, die am zweiten Ende der Verbundflügelanordnung installiert ist. Die zweite Stummelwellenanordnung ist ebenfalls dazu ausgelegt, um die Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar am Gehäuse des Laders installiert ist. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste und/oder die zweite Stummelwellenanordnung am ersten und/oder am zweiten Ende der Verbundflügelanordnung oberflächenmontiert (z.B. durch Klebstoffe, eine Verschweißung usw.).
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Stummelwellenanordnungen eine Stummelwelle und einen Flansch. In bestimmten Ausführungsformen ist/sind ein bzw. beide Flansche der Stummelwellenanordnungen bündig zu den Enden der Verbundflügelanordnung installiert. In bestimmten Ausführungsformen legt die erste Stummelwellenanordnung einen Außendurchmesser fest, der radial näher an der Drehachse als ein innerster Bereich einer Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen legt der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung einen Außendurchmesser fest, der im Wesentlichen unter dem gleichen Radialabstand zu der Drehachse wie der innerste Bereich der Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen definieren die Flansche der Stummelwellenanordnungen einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen unter dem gleichen Radialabstand zu der Drehachse wie der innerste Bereich der Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen legen die Flansche der Stummelwellenanordnungen einen Außendurchmesser fest, der im wesentlichen unter dem gleichen Radialabstand zu der Drehachse wie ein äußerster Bereich der Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen stimmen die Flansche der Stummelwellenanordnungen mit einem Profil der Verbundflügelanordnung überein und bilden eine Erweiterung dieses Profils. Es können mehr als eine Stummelwellen-Montagekonfiguration am gleichen Rotor und/oder am gleichen Lader verwendet werden.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Laderrotors, das die Bereitstellung einer Verbundflügelanordnung und eine Montage einer ersten Stummelwellenanordnung an der Verbundflügelanordnung umfasst. Im Einzelnen erstreckt sich die Verbundflügelanordnung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die Verbundflügelanordnung umfasst mindestens einen Flügel. Die Montage der ersten Stummelwellenanordnung an der Verbundflügelanordnung beinhaltet ein Installieren der ersten Stummelwellenanordnung am ersten Ende der Verbundflügelanordnung. Die erste Stummelwellenanordnung ist dazu ausgelegt, um eine Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar an einem Gehäuse des Laders installiert ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Herstellen des Laderrotors ferner das Montieren einer zweiten Stummelwellenanordnung am zweiten Ende der Verbundflügelanordnung. Die zweite Stummelwellenanordnung ist dazu ausgelegt, um die Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar am Gehäuse des Laders installiert ist.
Eine Vielzahl zusätzlicher Aspekte wird in der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt. Diese Aspekte können sich auf einzelne Merkmale oder auf Merkmalskombinationen beziehen. Es versteht sich, dass sowohl die obige allgemeine Beschreibung wie die nachfolgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft und erläuternd ist und die breiten Konzepte nicht begrenzen, auf denen die hier offenbarten Ausführungsformen beruhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Roots-Gebläses gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine halbschematische Seitenansicht des Roots-Gebläses von 1, wobei eine Endkappe sowie eine Riemenscheibe entfernt worden sind;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorsatzes des Roots-Gebläses von 1;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorkerns des Rotorsatzes von 3;
5 ist eine Draufsicht auf den Kern von 4;
6 ist eine Endseitenansicht des Kerns von 4 im Querschnitt, auf den sich auch 5 bezieht;
7 ist eine Endseitenansicht des Kerns von 4;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Rotorsatzes, der zur Verwendung in dem Roots-Gebläse von 1 ausgelegt ist;
9 ist eine Endseitenansicht im Querschnitt eines weiteren Roots-Gebläses;
10 ist eine perspektivische Ansicht noch eines weiteren Rotorsatzes, der zur Verwendung in dem Roots-Gebläse von 1 ausgelegt ist;
11 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Roots-Gebläses gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Roots-Gebläses von 11;
13 ist die perspektivische Ansicht von 12 in auseinandergezogener Darstellung, wodurch ein Rotorsatz freigelegt wird;
14 ist die auseinandergezogene perspektivische Ansicht von 13, wobei jedoch ein geformter Bereich eines Rotors des Rotorsatzes ausgeblendet ist, wodurch ein Kern des Rotors freigelegt wird;
15 stellt einen vergrößerten Bereich von 14 dar;
16 ist eine perspektivische Ansicht des Rotorsatzes von 14, wobei der geformte Bereich des Rotors ausgeblendet ist;
17 ist eine perspektivische Ansicht des Rotors von 14;
18 ist die perspektivische Ansicht von 17, wobei jedoch der geformte Bereich des Rotors ausgeblendet ist und dadurch der Kern des Rotors freigelegt wird;
19 ist die perspektivische Ansicht von 18 des Kerns des Rotors;
20 ist eine perspektivische Ansicht eines Kernelements des Rotors von 14;
21 ist eine Seitenansicht des Elements von 20;
22 ist eine Endseitenansicht des Rotors von 14 im Querschnitt; und
23 ist eine Längsseitenansicht des Rotors von 14 im Querschnitt.
Ausführliche Beschreibung
Nun erfolgt eine ausführliche Beschreibung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die beiliegenden Zeichnungen illustrieren Beispiele der vorliegenden Erfindung. Wenn möglich werden die gleichen Bezugsziffern über die Zeichnungen hinweg verwendet, um die gleichen oder ähnliche Bauteile anzugeben. Da viele Ausführungsformen der Erfindung erfolgen können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wird die Erfindung in den beiliegenden Ansprüchen definiert.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können Verbesserungen erfolgen, um Laderrotoren herzustellen, die eine verringerte Rotationsträgheit (d.h. reduziertes Massenträgheitsmoment) der Rotoren erleichtern. Eine verringerte Rotationsträgheit ermöglicht es, dass der Laderrotor und somit der Lader mit einem entsprechend verringerten Eingangsdrehmoment und Leistungsbedarf beschleunigt werden können. Eine Reduzierung des Eingangsdrehmoments und/oder der notwendigen Leistungen führt zu mehreren Vorteilen. Beispielsweise werden bestimmte Lader durch eine gekuppelte Eingangswelle angetrieben. Ein verringertes Eingangsdrehmoment und/oder eine reduzierte Eingangsleistung, die der Lader benötigt, ermöglicht es, dass Größe, Kosten, Gewicht usw. der Kupplung und/oder anderer Antriebskomponenten (z.B. Antriebsriemen, Lager, elektrische Antriebsmotoren usw.) verringert werden können. Für eine Kupplung, einen elektrischen Antriebsmotor, Antriebsriemen usw. mit vorgegebener Größe kann eine verringerte Rotationsträgheit des Laders zu einer verbesserten Beschleunigung des Laders und somit zu einer verringerten Verzögerungszeit des Laders führen, um Druck, Massendurchsatz usw. aufzubauen. Darüber hinaus können die Vorteile einer Reduzierung der Rotationsträgheit des Rotors sowohl ein verringertes Eingangsdrehmoment wie eine erhöhte Rotorbeschleunigung beinhalten, wodurch die Anforderungen an die Antriebskomponenten verringert und die Beschleunigung des Laders erhöht werden.
In bestimmten Verbrennungsmotoranordnungen wird ein Lader gekuppelt, wodurch die Motoranordnung sowohl mit aktiviertem Lader wie mit deaktiviertem Lader im Leerlauf laufen gelassen werden kann. Durch ein Kuppeln des Laders kann die Motoranordnung in unterschiedlichen Konfigurationen betrieben werden, um sich am besten an die Belastungsbedingungen anpassen zu können, unter denen die Motoranordnung betrieben werden kann. In weiteren anderen Motoranordnungen kann der Lader durch eine Vorrichtung mit variabler Drehzahl (z.B. ein Elektromotor mit variabler Drehzahl, ein Riemensystem mit variabler Drehzahl usw.) betrieben werden. In derartigen Motoranordnungen kann eine Minimierung der Rotationsträgheit der Laderrotoren erwünscht sein. Indem die Rotationsträgheit des Laders minimiert wird, kann die Beschleunigungsrate des Laders für eine gegebene Kupplung, einen gegebenen elektrischen Motor usw. gesteigert werden. Ferner können kleinere Antriebskomponenten für den Lader verwendet werden, und in denjenigen Fällen, in denen der Laderrotor direkt mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, führt eine geringere Rotationsträgheit des Laders zu einem niedrigeren Drehmoment, das die Kurbelwelle benötigt, um den Lader zu beschleunigen, wodurch ermöglicht wird, dass mehr Drehmoment von der Kurbelwelle zum Beschleunigen des Fahrzeugs, usw. verwendet werden kann.
In einer beispielhaften Anwendung fährt eine Kupplung einen Lader in 0,2 Sekunden von Stillstand auf 14.000 U/min in Ansprechen auf eine Anforderung eines Steuergerätes zum Aufladen eines Motors hoch. Unter der Annahme einer konstanten Beschleunigung (z.B. konstantes Eingangsdrehmoment) werden nachstehend einige Parameter des Laders angegeben. V_0,0 = 0 U/min = 0 rad/s V_0,2 = 14.000 U/min = 1.466 rad/s A = dv/dt = (14.000 – 0) U/min/0,2 s = 70.000 U/min/s = 7.330 rad/s² wobei V_0,0 die anfängliche Rotationsgeschwindigkeit, V_0,2 die Rotationsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt von 0,2 Sekunden danach und A die konstante Beschleunigung ist.
Bestimmte beispielhafte Laderrotoren vom Stand der Technik können beispielhafte Rotationsträgheiten aufweisen, die von etwa 4 × 10^–4 bis zu etwa 5 × 10^–3 kg·m² reichen. Indem die beispielhaften Rotationsträgheiten um die Hälfte verringert werden, d.h. von etwa 2 × 10^–4 bis zu etwa 2,5 × 10^–3 kg·m², könnte das Eingangsdrehmoment, das zur Beschleunigung des Rotors verwendet wird, um die Hälfte verringert werden, oder die Hochfahrzeit könnte auf ungefähr die Hälfte der vorherigen Hochfahrzeit reduziert werden. Wahlweise könnten sowohl das Eingangsdrehmoment wie die vorherige Hochfahrzeit verringert werden.
Die Verringerung der Rotationsträgheit kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass ein hauptsächlich aus Aluminium gefertigter Rotor durch einen Verbundrotor gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ersetzt wird. Eine derartige Verbesserung kann durch Nachrüsten eines bestehenden Entwurfs sowie durch die Anwendung in einem neuen Entwurf realisiert werden. Eine derartige Verbesserung kann für Rotoren mit 1 Flügel, 2 Flügeln, 3 Flügeln, 4 Flügeln, 5 Flügeln, 6 Flügeln, und mit mehr als 6 Flügeln bewerkstelligt werden. Eine derartige Verbesserung kann für Rotoren mit wendelförmiger Verdrehung und für gerade Rotoren ohne wendelförmige Verdrehung realisiert werden.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können Verbesserungen für Laderrotoren bewerkstelligt werden, die strukturelle Verbesserungen erleichtern. Die strukturellen Verbesserungen können Verbesserungen in einem Profil P einer Arbeitsoberfläche des Rotors erleichtern. Der Begriff “Arbeitsoberfläche” des Rotors bezieht sich wie hier verwendet auf die Oberfläche des Rotors, die sich mit einer Arbeitsoberfläche des gegenüberliegenden Rotors verbindet und dadurch Gas durch den Lader pumpt. Die strukturellen Verbesserungen können die Optimierung einer Form des Profils P der Arbeitsoberfläche erleichtern (z.B. eine stärkere wendelförmige Verdrehung, tiefere Unterschneidungen ermöglichen usw.) und/oder eine Erhöhung der Anzahl N der Rotorflügel erleichtern.
Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 7 866 966 ein Roots-Gebläse mit einer erhöhten thermodynamischen Effizienz im Vergleich zu anderen beim Stand der Technik bekannten Roots-Gebläsen. Im Einzelnen offenbart das US-Patent Nr. 7 866 966 Rotoren mit vier Flügeln und einem Verdrehwinkel von 120 Grad. Im Unterschied dazu stellt das mit dem US-Patent Nr. 4 828 476 offenbarte Roots-Gebläse Rotoren mit drei Flügeln dar. Bestimmte Roots-Gebläse vom Stand der Technik beinhalten einen Verdrehwinkel von 60 Grad. Andere Roots-Gebläse vom Stand der Technik beinhalten einen Verdrehwinkel von 0 Grad (d.h. keinen Verdrehwinkel). Wie in US-Patent Nr. 7 866 966 erwähnt verwenden bestimmte Roots-Gebläserotoren vom Stand der Technik einen 60°-Verdrehwinkel an den Flügeln, da zu dieser Zeit ein 60°-Verdrehwinkel der größte Verdrehwinkel war, den ein Flügelabwälzfräser bewerkstelligen konnte. Durch eine Erhöhung der Anzahl N der Flügel pro Rotor bzw. eine Steigerung des Verdrehwinkels α können verschiedene Leistungsverbesserungen bewerkstelligt werden. Im Einzelnen können Geräuschpegel reduziert, höhere Druckverhältnisse erzeugt, und/oder höhere thermodynamische Effizienzen erreicht werden. Zusätzlich kann eine weitere Abstimmung des Profils P der Flügel der Rotoren die Leistung hinsichtlich Geräusch, Druckverhältnis, thermodynamischer Effizienz usw. weiter verbessern.
Jedoch wie in den 2 und 9 illustriert kann eine Erhöhung der Anzahl N der Flügel 47, 49, 347, 349 an dem Rotor 37, 39, 337, 339, eine Erhöhung des Verdrehwinkels α, α', und/oder eine Optimierung des Profils P, P' der Flügel 47, 49, 347, 349 des Rotors 37, 39, 337, 339 zu einem Bereich R mit reduziertem Querschnitt einer Basis des Flügels 47, 49 führen (z.B. relativ zu einem breitesten Teilabschnitt M des Flügels 47, 49). Eine Erhöhung der Anzahl N der Flügel 47, 49, 347, 349 an dem Rotor 37, 39, 337, 339, eine Erhöhung des Verdrehwinkels α, α' und/oder eine Optimierung des Profils P, P', der Flügel 47, 49, 347, 349 des Rotors 37, 39, 337, 339 kann zu einer verringerten Mindeststärke S zwischen dem Profil P des Rotors 37, 39, 337, 339 und einer Welle 41, 43, 641, 643 des Rotors 37, 39, 337, 339 führen. Durch die strukturellen Verbesserungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann eine Erhöhung der Anzahl N der Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 an dem Rotor 37, 39, 337, 339, 637, 639 erleichtert; der Verdrehwinkel α, α' gesteigert und/oder das Profil P, P', der Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 des Rotors 37, 39, 337, 339, 637, 639 optimiert werden. Die strukturellen Verbesserungen können somit die oben erwähnten Leistungsverbesserungen des Laders erleichtern.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können Verbesserungen für Laderrotoren erfolgen, die eine Verbesserung der Festigkeit ermöglichen. Da es typischerweise erwünscht ist, derartige Roots-Gebläse mit hohen Arbeitsdrehzahlen zu betreiben (z.B. 15.000 bis 18.000 U/min oder 12.000 bis 15.000 U/min), führt eine substanzielle Zentrifugalbeschleunigung zu hohen Zugbelastungen entlang den Flügeln 47, 49, 347, 349, 647, 649, da sich die Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 radial nach außen erstrecken. Da es erwünscht sein kann, solche Roots-Gebläse mit hohen Rotationsbeschleunigungen zu betreiben (z.B. 13.000 bis 16.000 Bogenmaß pro Quadratsekunde, oder mehr als 14.000 Bogenmaß pro Quadratsekunde, oder mehr als 20.000 Bogenmaß pro Quadratsekunde), kann eine substanzielle Tangentialbeschleunigung zu hohen Biegebeanspruchungen über die Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 führen. Darüber hinaus können eine derartige Zentrifugalbeschleunigung, Tangentialbeschleunigung und/oder andere Belastungen zu hohen Belastungen und/oder Beanspruchungen an verschiedenen Stellen des Rotors 37, 39, 337, 339, 637, 639 führen (z.B. am Mindestquerschnitt R, R' der Basis des Flügels 47, 49, 347, 349, 647, 649, an der Mindeststärke S, S' zwischen dem Profil P, P', des Rotors 37, 39, 337, 339, 637, 639 und der Welle 41, 43, 341, 343, 641, 643 usw.). Derartige hohe Belastungen und/oder Beanspruchungen können sich hinsichtlich der Struktur, der Festigkeit und/oder Verformung niederschlagen. Beispielsweise kann bei der Verformung einer Ausdehnung der Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 beteiligt sein. Da es bezüglich der Abstände zwischen den Spitzen 47t, 49t, 647t, 649t und der Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 erwünscht ist, dass diese so klein wie möglich ausfallen, um praktisch eine Überlappung der zylindrischen Kammern 27, 29, 327, 329 eines Gehäuses 13, 313, 613 des Roots-Gebläses zu bewerkstelligen, damit Luftundichtigkeiten über die Spitzen 47t, 49t, 647t, 649t vermieden werden, ist es erwünscht, eine Ausdehnung der Flügel 47, 49, 347, 349, 647, 649 zu minimieren.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können Verbesserungen für Laderrotoren hinsichtlich einer langsamen Verformung erfolgen. Im Einzelnen können hohe Betriebstemperaturen in Kombination mit der hohen Zugbeanspruchung durch die Rotation bewirken, dass ein Kunststoff/Verbundrotor ohne eine Stützstruktur langsam verformen kann. Diese dauerhafte radiale Verformung kann einen Kontakt mit dem Gehäuse oder dem gegenüberliegenden Rotor bewirken, was dem Betrieb des Laders schadet.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können Verbesserungen für Laderrotoren hinsichtlich geometrischer Faktoren erfolgen. Die strukturellen Verbesserungen können die Reduzierung oder Beseitigung der Mindeststärke S, S' erleichtern und dadurch ein verbessertes und/oder optimiertes Profil P einer Arbeitsoberfläche des Rotors ermöglichen, einen Zuwachs der Anzahl N der Flügel erleichtern, eine Steigerung der Verdrehung, usw. ermöglichen. Die geometrischen und strukturellen Verbesserungen können sich wechselweise realisieren.
Nun auf die 1–7 Bezug nehmend ist ein Lader (d.h. ein Roots-Gebläse) 11 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung illustriert. Ebenfalls auf die 11–16 Bezug nehmend ist ein Lader (d.h. ein Roots-Gebläse) 611 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung illustriert. In bestimmten Ausführungsformen ist der Lader 11, 611 für die Installation an einem Verbrennungsmotor ausgelegt und pumpt somit Luft oder ein Luft/Brennstoff-Gemisch in den Verbrennungsmotor. Durch ein derartiges Aufladen eines Verbrennungsmotors kann die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors gesteigert werden. Wahlweise kann der Hubraum des Verbrennungsmotors verkleinert werden, wenn der Lader 11, 611 mit ihm verkoppelt wird. Durch den Einschluss eines aufgeladenen Motors in einem Fahrzeug kann ein Motor mit kleinerem Hubraum die gleiche Leistung wie ein Saugverbrennungsmotor mit größerem Hubraum bieten. Durch die Verwendung des aufgeladenen Motors mit kleinerem Hubraum kann die Motorgröße und/oder das Fahrzeuggewicht reduziert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Lader 11, 611 durch eine Kupplung und/oder einen Elektromotor aktiviert und deaktiviert werden. Wenn der Verbrennungsmotor eine hohe Leistung abrufen muss, kann der Lader 11, 611 aktiviert werden und leitet dadurch Druckluft oder ein unter Druck stehendes Luft/Brennstoff-Gemisch in den Verbrennungsmotor ein, wodurch die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors wesentlich erhöht wird. Eine solche hohe Leistung kann erforderlich sein, wenn das Fahrzeug beschleunigt wird (z.B. beim Überholen, Beschleunigen von einer Ampel, Einschalten von zusätzlichen Hydraulikkreisen, bei Bergfahrten usw.). Bei der Fahrt über ebene Straßen kann die vom Verbrennungsmotor abgerufene Leistung beispielsweise wesentlich reduziert werden. Wenn der Verbrennungsmotor eine nur geringe Leistung erzeugen muss, kann der Lader 11, 611 deaktiviert werden. Der mit deaktiviertem Lader laufende Verbrennungsmotor kann wesentlich weniger Brennstoff als ein vergleichbarer Verbrennungsmotor mit größerem Hubraum bei der im wesentlichen gleichen niedrigen Leistung verbrauchen.
Wie in den 1 und 12 dargestellt umfasst der Lader 11, 611 einen Einlass 17, 617 und einen Auslass 19, 619. Der Einlass 17, 617 kann Frischluft oder ein Luft/Brennstoff-Gemisch bei Atmosphärendruck oder unterhalb von Atmosphärendruck einziehen. Wenn der Lader 11, 611 aktiviert ist, wird die Luft bzw. das Luft/Brennstoff-Gemisch zu dem Auslassanschluss 19, 619 gepumpt. Da ein unkomprimierter Volumenstrom durch den Lader 11, 611 den unkomprimierten Volumenstrom durch die Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors übersteigen kann, kann die Luft bzw. das Luft/Brennstoff-Gemisch komprimiert und im Druck und/oder in der Temperatur erhöht werden. In bestimmten Ausführungsformen sind Wärmetauscher (z.B. Kühler, Ladeluftkühler usw.) in und/oder mit dem Lader 11, 611 bereitgestellt (z.B. am Auslassanschluss 19, 619 des Laders 11, 611), um die Temperatur der Luft bzw. des Luft/Brennstoff-Gemisches zu verringern.
Der Auslassanschluss 19, 619 des Laders 11, 611 kann für einen Anschluss an einen Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors ausgelegt werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Auslassanschluss 19, 619 eine Endfläche 21, 621, die im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Laders 11, 611 angeordnet ist. Der Auslassanschluss 19, 619 beinhaltet ferner eine Seitenfläche 23, 623 sowie eine Seitenfläche 25, 625. Eingangsleistung kann dem Lader 11, 611 durch eine Riemenscheibe 15 zugeführt werden. Wahlweise kann die Eingangsleistung dem Lader 11, 611 durch einen Elektromotor oder andere Leistungsvorrichtungen zugeführt werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Riemenscheibe 15 mit einer Antriebswelle verbunden, die ein Paar Zahnräder 615 antreibt (siehe 11). Die Antriebswelle und das Paar Zahnräder 615 treiben dadurch einen ersten Rotor 37, 637 und einen zweiten Rotor 39, 639 in entgegengesetzte Drehrichtungen an. Wie dargestellt ist das Paar Zahnräder 615 so angeordnet, dass das Paar Rotoren 37, 39, 637, 639 mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit angetrieben wird. Zusätzlich stimmt das Paar Zahnräder 615 jeden der Rotoren 37, 39, 637, 639 derart ab, dass sich ein Satz von Flügeln 47, 647 des Rotors 37, 637 in einen Satz von Flügeln 49, 649 des zweiten Rotors 39, 639 eingreift. In den in den 2, 3, und 11–14 dargestellten Ausführungsformen umfasst der erste Rotor 37, 637 vier Flügel 47a, 47b, 47c, 47d, 647a, 647b, 647c, 647d, und der zweite Rotor 39, 639 umfasst vier Flügel 49a, 49b, 49c, 49d, 649a, 649b, 649c, 649d. Wenn sich die Rotoren 37, 39, 637, 639 drehen und die Flügel 47, 49, 647, 649 eingreifen, wird Luft von dem Einlassanschluss 17, 617 zu dem Auslassanschluss 19, 619 des Laders 11, 611 gepumpt. Durch eine Dichtung und/oder einen engen Abstand zwischen den Endflächen 47s1, 47s2 und dem Gehäuse 13, 613 des Laders 11, 611 wird verhindert, dass die Luft bzw. das Luft/Brennstoff-Gemisch um die Endflächen 47s1, 47s2 des ersten Rotors 37, 637 herum leckt. Ähnlich dazu werden Undichtigkeiten der Luft bzw. des Luft/Brennstoff-Gemisches um die Endflächen 49s1, 49s2 herum durch eine Dichtung oder einen engen Abstand zwischen den Endflächen 49s1, 49s2 und dem Gehäuse 13, 613 des Laders 11, 611 vermieden.
Das Gehäuse 13, 613 des Laders 11, 611 beinhaltet ferner ein Paar sich überlappender zylindrischer Kammern 27, 29, die jeweils ein Paar zylindrischer Oberflächen 53, 55 aufweisen, die sich an einem Einlassscheitel 30a und an einem Auslassscheitel 30b treffen. Wenn sich die Flügel 47, 49, 647, 649 ineinander eingreifen, stellen sie untereinander auch eine Abdichtung her, um zu verhindern, dass das Gas (z.B. die Luft bzw. das Luft/Brennstoff-Gemisch) rückwärts zwischen dem Auslassanschluss 19, 619 mit höherem Druck und dem Einlassanschluss 17, 617 mit niedrigerem Druck leckt. Die Flügel 47, 49, 647, 649 beinhalten jeweils eine zugehörige Spitze 47t, 49t, 647t, 649t. Die Spitzen 47t, 647t sorgen für eine effektive Abdichtung zu der zylindrischen Oberfläche 53 der zylindrischen Kammer 27, wenn diese sich in enger Nachbarschaft zu der zylindrischen Oberfläche 53 befinden. Ähnlich dazu sorgen die Spitzen 49t, 649t für eine effektive Abdichtung zu der zylindrischen Oberfläche 55 der zylindrischen Kammer 29, wenn sich diese in enger Nachbarschaft zu der zylindrischen Oberfläche 55 befinden. 9 illustriert ein Beispiel, wie sich ähnliche zylindrische Oberflächen 353, 355 mit einem Auslassanschluss 319 kreuzen. 13 stellt eine Ausführungsform des Gehäuses 613 dar, die ein Hauptgehäuse 613A und einen Endkappenbereich 613B umfasst.
Wie in den 3, 13, und 16 illustriert beinhalten die Rotoren 37, 39, 637, 639 eine Verdrehung zwischen den Endflächen 47s1, 49s1 des ersten Endes und den Endflächen 47s2, 49s2 des zweiten Endes. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verdrehung eine wendelförmige Verdrehung, die über einen Krümmungswinkel α um eine jeweilige Achse A1, A2 streicht. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt/erstrecken sich der/die Flügel 47, 49, 647, 649 entlang eines wendelförmigen Pfades H (siehe 4, 17 und 18). In der dargestellten Ausführungsform verfügt der Rotor 37, 637 über eine linksseitige Verdrehung, und der Rotor 39, 639 verfügt über eine rechtsseitige Verdrehung. In den in den 3 und 16 dargestellten Ausführungsformen beträgt der Krümmungswinkel α 160 Grad.
Das Profil P der Rotoren 37, 39, 637, 639 ist dahingehend entwickelt, dass ein enges Ineinandergreifen der Rotoren 37, 39, 637, 639 auftritt, wenn sie in der Nähe eines Zentrums des Laders 11, 611 kontinuierlich aufeinandertreffen. In den dargestellten Ausführungsformen wird das Profil P mit einem eindeutigen Außenbereich 62 und einem eindeutigen Innenbereich 64 ausgelegt, die sich jeweils an einem Scheitel 66 an jeder Seite von jedem der Flügel 47, 49, 647, 649 treffen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Außenbereich 62 als eine hypozykloidal-artige Geometrie ausgelegt werden, und der Innenbereich 64 kann als eine epizykloidalartige Geometrie ausgelegt werden. Wie in den 2 und 9 illustriert befindet sich der höchste Querschnitt M, M' (z.B. eine maximale transversale Stärke) von jedem der Flügel 47, 49, 647, 649 typischerweise am Außenbereich 62. Umgekehrt dazu findet sich der Mindestquerschnitt R (z.B. eine minimale transversale Stärke) der Flügel 47, 49, 647, 649 typischerweise am Innenbereich 64. Das Profil P der Rotoren 37, 39, 637, 639 führt somit dazu, dass sich der Mindestquerschnitt R näher an der Achse A1, A2 als der höchste Querschnitt M befindet, wodurch eine höhere Zentrifugalbelastung pro Einheit Fläche und/oder eine höhere Tangentialbelastung pro Einheit Fläche (z.B. Biegebeanspruchung, Scherbelastung, und/oder Zugbeanspruchung) auf den Bereich R mit dem reduzierten Querschnitt ausgeübt wird.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein Kern 110, 710 in jedem der Rotoren 37, 39, 637, 639 bereitgestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Rotoren 37, 39, 637, 639 verdreht, und somit ist der Kern 110, 710 des Rotors 37, 637 ein linksseitiger Kern 110L, 710L. Ähnlich dazu beinhaltet der Rotor 39, 639 einen rechtsseitigen Kern 110R, 710R. Die Kerne 110L, 110R, 710L, 710R weisen im wesentlichen den gleichen Krümmungswinkel α wie ihre jeweiligen Rotoren 37, 39, 637, 639 auf. Wie dargestellt umfasst der Kern 110, 710 einen Zentralbereich 150, 750, einen ersten Wellenbereich 162, 762 und einen zweiten Wellenbereich 164, 764. Der Kern 110, 710 erstreckt sich zwischen einem ersten Ende 112, 712 benachbart zu dem ersten Wellenbereich 162, 762 und einem zweiten Ende 114, 714 benachbart zu dem zweiten Wellenbereich 164, 764. Der Zentralbereich 150, 750 umfasst einen oder mehrere sich radial erstreckende Bereiche 180, 780. Wie dargestellt sind vier sich radial erstreckende Bereiche 180a, 180b, 180c, 180d, 780a, 780b, 780c, 780d eingeschlossen und mit gleichem Abstand zu der Achse A1, A2 angeordnet. Die sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 erstrecken sich generell zwischen einem ersten Ende 182, 782 und einem zweiten Ende 184, 784. Das erste Ende 182, 782 liegt benachbart zu dem ersten Ende 112, 712 des Kerns 110, 710, und das zweite Ende 184, 784 liegt benachbart zu dem zweiten Ende 114, 714 des Kerns 110, 710. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt/erstrecken der bzw. die sich radial erstreckende(n) Bereich(e) und der bzw. die Flügel erstreckt/erstrecken sich entlang des wendelförmigen Pfades H (siehe 4, 17 und 18). Die sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 erstrecken sich zwischen einem inneren Ende 192, 792 und einem äußeren Ende 194, 794. Wie dargestellt ist das innere Ende 192, 792 mit dem Zentralbereich 150, 750 verbunden, und das äußere Ende 194, 794 ist radial nach außen unter Abstand zu dem inneren Ende 192, 792 angeordnet.
Wie in den 4–7 dargestellt kann der Kern 110 durch Extrudieren ausgebildet werden. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Extrudieren ein Metallstrangpressen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Extrusion ein Aluminiumstrangpressen sein. Die Extrusion kann eine wendelförmige Extrusion sein.
Wie in den 14–16 und 18–23 dargestellt, kann der Kern 710 aus einem Stapel 900 aus Platten 910 ausgebildet werden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Platte 910 eine Metallplatte (z.B. Metallblech). In bestimmten Ausführungsformen kann die Platte 910 eine Aluminiumplatte sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Platte 910 eine gestanzte Platte sein. Die Platten 910 können in Drehrichtung voneinander versetzt aufeinander gestapelt werden, wodurch der Stapel 900 als ein wendelförmiger Stapel 900H ausgebildet wird (siehe 19). In bestimmten Ausführungsformen können die Platten 910 miteinander verbunden werden, wenn sie zu dem Stapel 900 ausgebildet werden. Die Platten 910 können ineinandergreifende Merkmale aufweisen, die die Platten 910 miteinander verbindet.
Die Platten 910 können mittels Presspassung auf der Welle 643 angeordnet und dadurch miteinander verbunden werden. Die Platten 910 können miteinander verschweißt werden. Die Platten 910 können miteinander weichverlötet werden. Die Platten 910 können miteinander hartverlötet werden. Die Platten 910 können aneinander montiert werden. Die Platten 910 können miteinander verklebt werden. Die Platten 910 können umspritzt und dadurch miteinander verbunden werden. Die Platten 910 können ein Loch 920 für die Wellen 641, 643 aufweisen. Die Platten 910 können an dem Loch 920 an den Wellen 641, 643 verbunden werden.
Wie dargestellt sind die Platten 910 im Wesentlichen zweidimensional extrudiert. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Platten 910 eine Stärke von etwa 2 Millimetern auf. In anderen Ausführungsformen kann die Stärke der Platten 910 von etwa 1 Millimeter bis zu etwa 5 Millimeter reichen. In weiteren Ausführungsformen können die Platten 910 andere Stärken aufweisen.
Wie dargestellt sind die Platten 910 direkt aufeinandergestapelt. In anderen Ausführungsformen können die Platten 910 mit Abstand untereinander gestapelt sein. Das Umspritzmaterial kann den Raum zwischen den Platten 910 auffüllen. Wie dargestellt sind die Platten 910 im wesentlichen identisch. In weiteren Ausführungsformen können sich die Platten 910 voneinander unterscheiden und/oder Zwischenräume und/oder Taschen zueinander ausbilden. Das Umspritzmaterial kann die Zwischenräume und/oder die Taschen auffüllen, die von den Platten 910 ausgebildet werden.
Wie dargestellt sind die Platten 910 im Wesentlichen planar. In anderen Ausführungsformen können die Platten 910 dreidimensional ausgebildet werden. Beispielsweise können ineinandergreifende Zungen an den Platten 910 ausgebildet sein, um eine Befestigung zu den benachbarten Platten 910 auszubilden. Als weiteres Beispiel können durch eine Krümmung der Platten 910 Zwischenräume zwischen benachbarten Platten 910 ausgebildet werden. Das Umspritzmaterial kann derartige Zwischenräume zwischen den Platten 910 auffüllen.
Eine Befestigungsstruktur 250, 850 ist in dem Kern 110, 710 einbezogen. Wie dargestellt beinhaltet jeder der sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 die Befestigungsstruktur 250, 850. Wie dargestellt ist die Befestigungsstruktur 250, 850 bei oder benachbart zu dem äußeren Ende 194, 974 angeordnet. Die Befestigungsstruktur 250, 850 kann sich zwischen dem ersten Ende 182, 782 und dem zweiten Ende 184, 784 der sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 erstrecken. Wie dargestellt ist das erste Ende 182, 782 und das zweite Ende 184, 784 mit einem Abstand der Länge L zueinander angeordnet. Wie in 2 halbschematisch dargestellt, kann der Kern 110, 710 mit Bezug zu den Rotoren 37, 39, 637, 639 verschiedene Proportionen aufweisen. Wie in den 7 und 22 illustriert können die sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 des Kerns 110, 710 durch eine Stärke t definiert sein. Wie dargestellt ist die Stärke t eine konstante Stärke. In anderen Ausführungsformen kann die Stärke t variieren. Wie illustriert verlaufen die sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 in der radialen Richtung kontinuierlich. In weiteren Ausführungsformen können die sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780 perforiert sein, Löcher enthalten, sie können getrennte und unverbundene Segmente aufweisen, Widerhaken enthalten usw. Wie dargestellt stimmt die Befestigungsstruktur 250, 850 generell mit dem Außenbereich 62 der Flügel 47, 49, 647, 649 überein. In anderen Ausführungsformen kann die Befestigungsstruktur 250, 850 verschiedene andere Formen aufweisen. Wie dargestellt beinhaltet die Befestigungsstruktur 250, 850 eine ineinandergreifende Form 930 in der Form des typografischen Doppelkreuzsymbols ‡ (siehe 21). Im Einzelnen erstreckt sich ein Rdialsegment 932 radial und ist ein Teil der sich radial erstreckenden Bereiche 180, 780. Das radiale Segment 932 schneidet sich mit einem ersten Quersegment 934 und einem zweiten Quersegment 936. Das erste Quersegment 934 und das zweite Quersegment 936 sind generell senkrecht zur dem Radialsegment 932 in der dargestellten Ausführungsform angeordnet. Das erste Quersegment 934 ist länger als das zweite Quersegment 936 in der dargestellten Ausführungsform.
Der Kern 110, 710 ist dazu ausgelegt, eine radiale Festigkeit, Steifigkeit und eine Festigkeit gegenüber langsamen Verformungen der Flügel 47, 49, 647, 649 der Rotoren 37, 39, 637, 639 bereitzustellen. Die Kerne 110, 710 sind dazu ausgelegt, die Rotoren 37, 39, 637, 639 zu verstärken. Der sich radial erstreckende Bereich 180, 780 des Kerns 110, 710 kann dazu ausgelegt werden, eine Mindeststärke S (siehe 2), zwischen einem Ursprung 68 des Profils P und einem Wellenloch der Welle 41, 43, 641, 643 zu verstärken. Der sich radial erstreckende Bereich 180, 780 des Kerns 110, 710 kann dazu ausgelegt werden, den Bereich R mit dem reduzierten Querschnitt der Rotoren 37, 39, 637, 639 zu verstärken.
Wie in den 3 und 5 dargestellt erstreckt sich das erste Ende 182 des sich radial erstreckenden Bereichs 180 zu der Oberfläche 47s1, 49s1 des ersten Endes hin. Ähnlich dazu erstreckt sich das zweite Ende 184 des sich radial erstreckenden Bereichs 180 zu der Oberfläche 47s2, 49s2 des zweiten Endes hin. In anderen Ausführungsformen wie z.B. bei der in der 9 dargestellten Ausführungsform eines Laders 311, und der in den 13 und 23 dargestellten Ausführungsform des Laders 611 stoppt der sich radial erstreckende Bereich 180, 780 kurz vor den Endflächen der Flügel 347, 349, 647, 649.
Wie in den 2, 3, 22 und 23 dargestellt umfassen die Rotoren 37, 39, 637, 639 jeweils einen geformten Bereich 210, 210', 810, der über einem der jeweiligen Kerne 110, 710 umspritzt ist. Mit der Verdrehung der Rotoren 37, 39, 637, 639 verdreht sich dementsprechend der geformte Bereich 210, 210', 810. Im Einzelnen beinhaltet der Rotor 37, 637 einen linksseitigen verdrehten geformten Bereich 210L, 810L. Ähnlich dazu beinhaltet der Rotor 39, 639 einen rechtsseitigen verdrehten geformten Bereich 210R, 810R. Die geformten Bereiche 210, 210', 810 erstrecken sich zwischen einem ersten Ende 212, 812 und einem zweiten Ende 214, 814. Wie dargestellt stimmt das erste Ende 212, 812 mit den ersten Endflächen 47s1, 49s1 des Flügels 47, 647 überein. Ähnlich dazu stimmt das zweite Ende 214, 814 mit den zweiten Endflächen 47s2, 49s2 überein.
Der geformte Bereich 210, 210', 810 kann über dem Kern 110, 710 spritzgegossen werden. In anderen Ausführungsformen wird der geformte Bereich 210, 210', 810 über dem Kern 110, 710 extrudiert. In anderen Ausführungsformen wird der geformte Bereich 210, 210', 810 über dem Kern 110, 710 aufgelegt. Der geformte Bereich kann aus Kunststoff, thermoplastischem Kunststoff, duroplastischem Kunststoff, Nylon, Carbonfaser, Glasfaser, und/oder aus anderen Materialien angefertigt werden, die beim Stand der Technik des Gießens, Spritzgussverfahrens, Extrudierens usw. bekannt sind. Der geformte Bereich 210, 210', 810 kann zu einem fertigen Profil P ausgeformt werden. Wahlweise können ein Teil oder der gesamte geformte Bereich 210, 210', 810 zu einem fertigen Profil P endbearbeitet werden. Der geformte Bereich 210, 210', 810 kann mit dem sich radial erstreckenden Bereich 180, 780 ineinandergreifen. Der geformte Bereich 210, 210', 810 kann in die Befestigungsstruktur 250, 850 eingreifen. Das Ineinandergreifen der Befestigungsstruktur 250, 850 und des geformten Bereiches 810 kann eine radiale Abstützung zwischen dem Kern 710 und dem geformten Bereich 810 bereitstellen. Der geformte Bereich 210, 210', 810 kann den sich radial erstreckenden Bereich 180, 780 teilweise einschließen. Wahlweise kann der geformte Bereich 210, 210', 810 den sich radial erstreckenden Bereich 180, 780 vollständig einschließen.
In denjenigen Ausführungsformen, in denen der Stapel 900 der wendelförmige Stapel 900H ist, kann eine Reihe von Stufen 940 aus einer der Platten 910 zu einer anderen der Platten 910 ausgebildeten werden (siehe 19). Die Reihe der Stufen 940 kann mit dem geformten Bereich 810 ineinandergreifen. Das Ineinandergreifen der Stufen 940 und des geformten Bereiches 810 kann eine axiale Abstützung zwischen dem Kern 710 und dem geformten Bereich 810 bereitstellen.
Nun auf 8 Bezug nehmend ist ein Paar Rotoren 437, 439 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Rotoren 437, 439 können für eine Installation innerhalb des Gehäuses 13, 613 des Laders 11, 611 ausgelegt sein. Der Rotor 437 umfasst einen Satz von vier Flügeln 447, und der Rotor 439 umfasst einen Satz von vier Flügeln 449. In anderen Ausführungsformen kann der Rotor 437, 439 mehr als vier Flügel 447, 449 aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der Rotor 437, 439 weniger als vier Flügel 447, 449 umfassen. Die Flügel 447, 449 sind generell ähnlich wie die oben beschriebenen Flügel 47, 49 beschaffen. Die Flügel 447, 449 erstrecken sich zwischen einem ersten Ende 412 und einem zweiten Ende 414.
Im Unterschied zu konventionellen Rotoren von konventionellen Ladern beinhalten die Rotoren 437, 439 kein zentrales Loch, das eine Welle umgibt. Stattdessen können die Rotoren 437, 439 aus einem zentralen Flügelbereich 448 ausgebildet werden, der sich zwischen den Endflächen 447s1, 449s1 und den Endflächen 447s2, 449s2 erstreckt. Indem kein Wellenloch vorgesehen wird, wird kein dünner Abschnitt (z.B. S, S' in den 2 bzw. 9 dargestellt) zwischen einem Boden eines Ursprungs 468 zwischen benachbarten Flügeln 447, 449 und einem Wellenloch ausgebildet. Stattdessen kann ein Zentrum der Rotoren 437, 439 ausgefüllt und kontinuierlich durch den zentralen Flügelbereich 448 verlaufen.
Der zentrale Flügelbereich 448 kann aus einem Verbundwerkstoff oder einem thermoplastischen Material (z.B. Kevlar^®, Glasfaser, Nylon usw.) angefertigt werden. Der zentrale Flügelbereich 448 kann einen geformten Bereich 410 beinhalten. Der zentrale Flügelbereich 448 kann im Wesentlichen aus einem einstückig geformten Bauteil 410 bestehen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Herstellen des Laderrotors 437, 439 ferner das Extrudieren des zentralen Flügelbereiches 448 mit einem Extrusionswerkzeug. In bestimmten Ausführungsformen wird der zentrale Flügelbereich 448 durch Extrudieren angefertigt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Extrusion des zentralen Flügelbereiches 448 mit dem Extrusionswerkzeug ein wendelförmiges Extrudieren. Der geformte Bereich 410 kann ein rechtsseitiger geformter Bereich 410R oder ein linksseitiger geformter Bereich 410L sein. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Extrudieren des zentralen Flügelbereiches 448 ein wendelförmiges Extrusionsumspritzen. Der zentrale Flügelbereich 448 kann spritzgegossen werden. In anderen Ausführungsformen kann der zentrale Flügelbereich 448 über einem Kern (z.B. dem Kern 110, dem Kern 710 usw.) extrusionsgeformt werden. In anderen Ausführungsformen kann der zentrale Flügelbereich 448 aufgelegt werden. Der zentrale Flügelbereich 448 kann aus Kunststoff, thermoplastischem Kunststoff, duroplastischem Kunststoff, Nylon, Carbonfaser, Glasfaser, und/oder anderen Materialien angefertigt werden, die beim Stand der Technik des Gießens, Spritzgussverfahrens, Extrudierens usw. bekannt sind. Der zentrale Flügelbereich 448 kann zu einem fertigen Profil P ausgeformt werden. Wahlweise kann der gesamte oder ein Teil des zentralen Flügelbereiches 448 zu einem fertigen Profil P endbearbeitet werden.
Ein erster Wellenbereich 441A (z.B. eine Stummelwelle) kann an der Endfläche 447s2 montiert werden. Ähnlich dazu kann ein zweiter Wellenbereich 441B an der Endfläche 447s1 installiert werden. Wiederum ähnlich dazu kann ein erster Wellenbereich 443A an der Endfläche 449s2 montiert werden, und ein zweiter Wellenbereich 443B kann an der Endfläche 449s1 installiert werden. Es können verschiedene Verfahren und Anordnungen zum Verbinden der Wellenbereiche 441A, 441B, 443A, 443B mit ihren jeweiligen Endflächen 447s1, 447s2, 449s1, 449s2 verwendet werden. Die Verfahren können Klebstoffe, eine Verschweißung, Verbindungselemente, ineinandergreifendes Gießen usw. umfassen.
Der erste Wellenbereich 441A (z.B. die Stummelwelle) kann am Ende 182, 782 montiert werden. Ähnlich dazu kann der zweite Wellenbereich 441B am Ende 184, 784 installiert werden. Wiederum ähnlich dazu kann ein erster Wellenbereich 443A am Ende 182, 782 montiert werden, und ein zweiter Wellenbereich 443B kann am Ende 184, 784 installiert werden. Es können verschiedene Verfahren und Anordnungen zum Verbinden der Wellenbereiche 441A, 441B, 443A, 443B mit ihren jeweiligen Enden 182, 184, 782, 784 verwendet werden. Die Verfahren können Klebstoffe, eine Verschweißung, Verbindungselemente, ineinandergreifendes Gießen usw. beinhalten.
Die Wellenbereiche 441A, 441B, 443A, 443B können jeweils einen Flansch 450 beinhalten. Der Flansch 450 kann eine äußere Einfassung 451 und eine Stirnseite 452 aufweisen, die generell senkrecht zum Wellenbereich angeordnet sind. Die Wellenbereiche 441A, 441B, 443A, 443B können generell auswechselbar mit den Rotorwellen 41, 43, 641, 643 zusammenpassen und funktionieren.
Wie dargestellt kann die Einfassung 451 zylindrisch beschaffen sein und sich radial hoch zum Ursprung 468 zwischen den benachbarten Flügeln 447, 449 erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen kann der Flansch 450 bündig zu den Endflächen 447s1, 447s2, 449s1, 449s2 oder den Enden 182, 184, 782, 784 ausfallen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Flansch 450 in die Endflächen 447s1, 447s2, 449s1, 449s2 versenkt und/oder senkgebohrt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Flansch 450 mit den Enden 182, 184, 782, 784 verbunden werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die äußere Einfassung 451 generell das Profil P des Rotors 437, 439 aufweisen. Somit kann der Flansch 450 eine Erweiterung der Flügel 447, 449 sein. Dadurch kann der Flansch 450 eine der jeweiligen Endflächen 447s1, 447s2, 449s1, 449s2 abdecken. In bestimmten Ausführungsformen kann sich der Flansch 450 von einem der Rotoren 437, 439 zu einem durch die entsprechenden Rotorspitzen festgelegten Außendurchmesser erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen kann der Flansch 450 zylindrisch sein und einen Außendurchmesser aufweisen, der dem durch die entsprechenden Rotorspitzen festgelegten Außendurchmesser entspricht.
Nun auf 10 Bezug nehmend ist ein Paar Rotoren 437, 539 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Rotoren 437, 539 können für eine Installation innerhalb des Gehäuses 13, 613 des Laders 11, 611 ausgelegt sein. Der Rotor 437 wurde weiter oben ausführlich erläutert. Der Rotor 539 wird nachstehend ausführlich erläutert werden. 10 stellt dar, dass unterschiedliche Arten von Rotoren 437, 539 zusammen in dem Lader 11, 611 verwendet werden können. Wahlweise können zwei Rotoren der gleichen Art (z.B. die Art des Rotors 539) zusammen benutzt werden. Wie der Rotor 439 umfasst der Rotor 539 einen Satz von vier Flügeln 549. In anderen Ausführungsformen kann der Rotor 539 mehr als vier Flügel 549 aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der Rotor 539 weniger als vier Flügel 549 beinhalten. Die Flügel 549 sind generell ähnlich wie die oben beschriebenen Flügel 47, 49, 647, 649 beschaffen. Die Flügel 447, 549 erstrecken sich zwischen einem ersten Ende 412 und einem zweiten Ende 414.
Wie bei den Rotoren 437, 439, 637, 639 muss der Rotor 539 nicht notwendigerweise ein zentrales Loch aufweisen, das eine Welle umgibt. Stattdessen kann der Rotor 539 aus einem zentralen Flügelbereich 548 ausgebildet werden, der sich zwischen der Endfläche 549s1 und der Endfläche 549s2 erstreckt. Wie bei den Rotoren 437, 439 wird dadurch, dass kein Wellenloch eingeschlossen wird, kein dünner Teilabschnitt (z.B. S, S' in den 2 bzw. 9) zwischen einem Boden eines Ursprungs 468 zwischen benachbarten Flügeln 549 und einem Wellenloch ausgebildet. Stattdessen kann ein Zentrum des Rotors 539 aufgefüllt werden und kontinuierlich über den zentralen Flügelbereich 548 hinweg ausfallen.
Wie dargestellt beinhaltet der Rotor 539 an jedem Ende 412, 414 einen Flansch 550. Jeder der Flansche 550 kann eine Stirnseite 552 umfassen, welche die Enden 412 bzw. 414 festlegen kann. In bestimmten Ausführungsformen wird nur ein Flansch 550 an einem der Enden 412 oder 414 verwendet. Der Flansch bzw. die Flansche 550 kann/können eine äußere Einfassung 551 mit dem Profil P des Rotors 539 umfassen. Dadurch können die Flansche 550 Erweiterungen des zentralen Flügelbereiches 548 sein und darüber hinaus die Flügel 549 festlegen. Die Flansche 550 können somit eine der jeweiligen Endflächen 549s1, 549s2 abdecken. In Ausführungsformen mit Flügeln 540, die eine wendelförmige Verdrehung aufweisen, kann die äußere Einfassung 551 eine wendelförmige Verdrehung beinhalten, die der wendelförmigen Verdrehung des zentralen Flügelbereiches 548 entspricht.
Ein erster Wellenbereich 543A (z.B. eine Stummelwelle) kann sich von der Stirnseite 552 aus erstrecken. Ähnlich dazu kann sich ein zweiter Wellenbereich 543B von der gegenüberliegenden Stirnseite 552 aus erstrecken. Der erste Wellenbereich 543A kann an der Stirnseite 552 und/oder dem Flansch 550 montiert oder anderweitig verbunden werden, und der zweite Wellenbereich 543B kann an der Stirnseite 552 und/oder dem Flansch 550 montiert oder anderweitig verbunden werden. Es können verschiedene Verfahren und Anordnungen benutzt werden, um die Wellenbereiche 543A, 543B und ihre zugehörigen Endflächen 549s1, 549s2 mit dem Flansch 550 zu verwenden. Die Verfahren können Klebstoffe, eine Verschweißung, Verbindungselemente, ineinandergreifendes Gießen usw. beinhalten. Die Stirnseite 552 kann generell senkrecht zu dem Wellenbereich 543A, 543B angeordnet sein. Die Wellenbereiche 543A, 543B können in austauschbare Weise mit den Rotorwellen 41, 43, 641, 643 zusammenpassen und funktionieren.
Die hier offenbarten Merkmale und/oder Komponenten können miteinander vermischt und angepasst werden, um zusätzliche Ausführungsformen auszubilden. Beispielsweise kann der Kern 110 wie in 5 illustriert mit dem/den Flansch(en) 550 integriert werden, was in 10 dargestellt ist.
Für die Fachleute verstehen sich verschiedene Modifikationen und Abänderungen dieser Erfindung, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Es versteht sich, dass der Rahmen dieser Erfindung durch die hier dargestellten illustrativen Ausführungsformen nicht eingeschränkt wird.

Claims

Rotor für eine Roots-Vorrichtung, versehen mit: einer Drehachse; einem Kern einschließlich eines Zentralbereiches und mindestens eines sich radial erstreckenden Bereiches, wobei sich der Kern zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt; einer Montageanordnung, die dazu ausgelegt ist, den Kern drehbar um die Drehachse anzuordnen; und einem geformten Bereich einschließlich mindestens eines Flügels, wobei der mindestens eine Flügel über mindestens einen Teil eines entsprechenden, mindestens einen sich radial erstreckenden Bereiches des Kerns umspritzt ist, wobei sich der geformte Bereich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Zentralbereich des Kerns einen angetriebenen ersten Wellenbereich benachbart zu dem ersten Ende des Kerns und einen zweiten Wellenbereich benachbart zu dem zweiten Ende des Kerns aufweist und wobei die Montageanordnung den ersten Wellenbereich sowie den zweiten Wellenbereich umfasst.
Rotor nach Anspruch 2, wobei sich der mindestens eine sich radial erstreckende Bereich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt, wobei sich das erste Ende des Kerns über das erste Ende des sich radial erstreckenden Bereiches und sich das zweite Ende des Kerns über das zweite Ende des sich radial erstreckenden Bereiches hinaus erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei sich der mindestens eine sich radial erstreckende Bereich und der mindestens eine Flügel sich entlang eines wendelförmigen Pfades erstrecken.
Rotor nach Anspruch 4, wobei der wendelförmige Pfad mit mindestens 60 Grad um die Drehachse streicht, wenn sich der mindestens eine sich radial erstreckende Bereich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des sich radial erstreckenden Bereiches erstreckt.
Rotor nach Anspruch 4, wobei der wendelförmige Pfad innerhalb eines Bereiches von zwischen etwa 90 Grad und etwa 160 Grad um die Drehachse streicht, wenn sich der mindestens eine sich radial erstreckende Bereich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des sich radial erstreckenden Bereiches erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Kern mindestens eine Befestigungsstruktur aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit dem geformten Bereich ineinanderzugreifen.
Rotor nach Anspruch 7, wobei sich der mindestens eine sich radial erstreckende Bereich zwischen einem mit dem Kern verbundenen inneren Ende und einem äußeren Ende erstreckt, und wobei die mindestens eine Befestigungsstruktur mit dem mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Befestigungsstruktur mit dem mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich benachbart zu dem äußeren Ende verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Flügel einen Außenbereich sowie einen Innenbereich umfasst, wobei der Innenbereich zwischen dem Außenbereich und der Drehachse angeordnet ist und wobei der Innenbereich einen Bereich mit reduziertem Querschnitt beinhaltet.
Rotor nach Anspruch 10, wobei der Außenbereich einen hypozykloidalen Bereich und der Innenbereich einen epizykloidalen Bereich umfasst.
Rotor nach Anspruch 10, wobei der sich radial erstreckende Bereich eine Zugbewehrung über den Bereich mit reduziertem Querschnitt bereitstellt, wenn der mindestens eine Flügel einer Zugbelastung ausgesetzt wird.
Rotor nach Anspruch 10, wobei der Kern mindestens eine Befestigungsstruktur beinhaltet, die dazu ausgelegt ist, mit dem geformten Bereich innerhalb des Außenbereiches des Flügels ineinander zugreifen.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der geformte Bereich den Kern im wesentlichen einschließt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der geformte Bereich die Drehachse umgibt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Kern ein metallisches Material und der geformte Bereich einen Verbundwerkstoff aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine Roots-Vorrichtung, wobei im Zuge des Verfahrens: ein Kern bereitgestellt wird, wobei der Kern dazu ausgelegt ist, um eine Drehachse zu rotieren, wenn er drehbar an einem Gehäuse der Roots-Vorrichtung installiert ist; und ein geformter Bereich einschließlich mindestens eines Flügels über mindestens einen Teil des Kerns umspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Kern mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich umfasst und wobei das Umspritzen des Kerns das Umspritzen des mindestens einen Flügels über den mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner ein Extrudieren des Kerns mit einem Extrusionswerkzeug aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Umspritzen des Kerns ferner ein Extrusionsumspritzen des mindestens einen Flügels über den mindestens einen sich radial erstreckenden Bereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Extrudieren des Kerns mit dem Extrusionswerkzeug ein wendelförmiges Extrudieren beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Extrusionsumspritzen des mindestens einen Flügels ein wendelförmiges Extrusionsumspritzen umfasst.
Rotor für eine Roots-Vorrichtung, wobei der Rotor versehen ist mit: einem Kern, der dazu ausgelegt ist, um eine Drehachse zu rotieren, wenn er drehbar an einem Gehäuse der Roots-Vorrichtung installiert ist; und einem geformten Bereich einschließlich mindestens eines Flügels, wobei der mindestens eine Flügel über mindestens einen Teil des Kerns umspritzt ist.
Rotor für eine Roots-Vorrichtung, wobei der Rotor versehen ist mit: einer sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckenden Verbundflügelanordnung, die mindestens einen Flügel umfasst; und einer am ersten Ende der Verbundflügelanordnung installierten ersten Stummelwellenanordnung, die dazu ausgelegt ist, um eine Drehachse zu rotieren, wenn sie an einem Gehäuse der Roots-Vorrichtung installiert ist.
Rotor nach Anspruch 24, ferner versehen mit einer am zweiten Ende der Verbundflügelanordnung installierten zweiten Stummelwellenanordnung, die ebenfalls dazu ausgelegt ist, um die Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar am Gehäuse der Roots-Vorrichtung installiert ist.
Rotor nach Anspruch 24, wobei die erste Stummelwellenanordnung am ersten Ende der Verbundflügelanordnung oberflächenmontiert wird.
Rotor nach Anspruch 24, wobei die erste Stummelwellenanordnung eine Stummelwelle und einen Flansch umfasst.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung bündig mit dem ersten Ende der Verbundflügelanordnung montiert ist.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung am ersten Ende der Verbundflügelanordnung oberflächenmontiert ist.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung einen Außendurchmesser festlegt, der radial näher zu der Drehachse angeordnet ist, als ein innerster Teil einer Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung radial zu der Drehachse angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung einen Außendurchmesser festlegt, der unter einem radialen Abstand zu der Drehachse angeordnet ist, der dem radialen Abstand eines innersten Teils einer Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung zu der Drehachse im Wesentlichen entspricht.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung einen Außendurchmesser festlegt, der unter einem radialen Abstand zu der Drehachse angeordnet ist, der dem radialen Abstand eines äußersten Teils einer Arbeitsoberfläche der Verbundflügelanordnung zu der Drehachse im Wesentlichen entspricht.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der Flansch der ersten Stummelwellenanordnung eine Außenfläche einschließlich eines Profils festlegt und wobei das Profil des Flansches mit einem Profil der Verbundflügelanordnung übereinstimmt.
Rotor nach Anspruch 33, wobei die Profile des Flanschs und der Verbundflügelanordnung um die Drehachse verdreht sind.
Rotor nach Anspruch 33, ferner versehen mit einer am zweiten Ende der Verbundflügelanordnung montierten zweiten Stummelwellenanordnung, die ebenfalls dazu ausgelegt ist, um die Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar am Gehäuse der Roots-Vorrichtung installiert ist, wobei ein Flansch der zweiten Stummelwellenanordnung ebenfalls eine Außenfläche einschließlich eines Profils festlegt, und wobei das Profil des Flansches der zweiten Stummelwellenanordnung auch mit dem Profil der Verbundflügelanordnung übereinstimmt.
Rotor nach Anspruch 35, wobei die Profile der Flansche und der Verbundflügelanordnung um die Drehachse verdreht sind.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine Roots-Vorrichtung, wobei im Zuge des Verfahrens: eine sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckende Verbundflügelanordnung bereitgestellt wird, die mindestens einen Flügel umfasst; und am ersten Ende der Verbundflügelanordnung eine erste Stummelwellenanordnung installiert wird, die dazu ausgelegt ist, um eine Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar an einem Gehäuse der Roots-Vorrichtung montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei ferner am zweiten Ende der Verbundflügelanordnung eine zweite Stummelwellenanordnung installiert wird, die dazu ausgelegt ist, um die Drehachse zu rotieren, wenn sie drehbar an dem Gehäuse der Roots-Vorrichtung montiert ist.
Roots-Vorrichtung, versehen mit: einem Gehäuse, das einen Einlass und einen Auslass festlegt; drehbar in dem Gehäuse angeordneten ersten und zweiten verdrehten Rotoren, die um ihre jeweiligen ersten und zweiten Achsen drehbar angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Rotoren jeweils eine Vielzahl von Flügeln aufweisen, wobei die Flügel des ersten Rotors mit den Flügeln des zweiten Rotors verzahnt sind, jeder der ersten und zweiten Rotoren einen Kern mit einem Zentralbereich und einer Vielzahl von Erweiterungen einschließt, die von dem Zentralbereich nach außen abstehen, den Flügeln entsprechen und dazu ausgelegt sind, einem Ablösen der Flügel von dem Zentralbereich des Kerns in Ansprechen auf die Zentrifugalbelastung zu widerstehen, die verursacht wird, wenn die ersten und zweiten Rotoren um ihre jeweiligen ersten bzw. zweiten Achsen gedreht werden.
Roots-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei die Flügel einen geformten polymeren Werkstoff beinhaltet, der an den Erweiterungen anhaftet.
Roots-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei die Zentralbereiche der Kerne Wellen beinhalten, die entlang den ersten bzw. zweiten Drehachsen ausgerichtet sind.
Roots-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei der Kern extrudiert ist.
Roots-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei der Kern spiralförmig extrudiert ist.
Roots-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei der Kern aufeinandergestapelte Platten umfasst.
Roots-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei der Kern spiralförmig aufeinandergestapelte Platten umfasst.