DE112020000801T5

DE112020000801T5 - Schraubenrotor und Verfahren zur Herstellung eines solchen Schraubenrotors

Info

Publication number: DE112020000801T5
Application number: DE112020000801.0T
Authority: DE
Inventors: Karen Anna Leon MARIEN; Peter Michel; Patrick Hirsch
Original assignee: Atlas Copco Airpower NV
Current assignee: Atlas Copco Airpower NV
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2021-12-16
Also published as: US20220128054A1; BR112021015627A2; BE1027047A1; CN111550406B; CN111550406A; BE1027047B1; JP2023100725A; CN211525073U; EP3924626A1; WO2020165689A1; JP2022520570A

Abstract

Schraubenrotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenrotor (1) aus Polymer hergestellt ist, wobei der Schraubenrotor (1) aus einer Welle (2) mit einem Rotorkörper (3) besteht, wobei das Polymer der Welle (2) mit Fasern (4) verstärkt ist, wobei die Welle (2) Elemente (5a, 5b), die in den Rotorkörper (3) eingreifen, oder entsprechende Elemente (5c) am Rotorkörper (3) aufweist, so dass die Elemente (5a, 5b, 5c) eine axiale und/oder rotierende Bewegung der Welle (2) in Bezug auf den Rotorkörper (3) verhindern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubenrotor.
Genauer gesagt, ist der erfindungsgemäße Schraubenrotor für flüssigkeitseingespritzte Kompressoren, Expander und Vakuumpumpen vorgesehen.
Es ist bekannt, dass solche Schraubenrotoren, traditionell aus Gusseisen oder Stahl hergestellt, in einer rohen Schraubenform gegossen oder in einer groben zylindrischen Form geschmiedet werden, wobei diese dann durch Grob- und Feinschleifen, Feilen, Fräsen und andere Schneidvorgänge der Welle sowie des Körpers des Schraubenrotors (mit dem Schraubenprofil) in ihre endgültige fertige Schraubenform endbearbeitet wird.
Dieses Finish ist notwendig, da der Gießprozess es nicht ermöglicht, eine Form innerhalb der sehr feinen Toleranzen zu erhalten, die für das ordnungsgemäße Funktionieren der endgefertigten Maschine erforderlich sind.
Auch wenn solche herkömmlichen Schraubenrotoren einwandfrei funktionieren, ist die Veredelung durch Schleifen, Feilen, Fräsen und andere solche Verfahren sehr arbeits- und zeitintensiv.
Darüber hinaus führt all dies dazu, dass die Kosten in die Höhe getrieben werden.
Ein weiterer Nachteil ist, dass während des Veredelungsprozesses viel Material weggefräst wird, was einen Verlust oder eine Verschwendung von Rohstoffen darstellt.
Ein weiterer Nachteil ist das Gewicht solcher herkömmlicher Schraubenrotoren durch die Verwendung von Gusseisen oder Stahl.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung für wenigstens einen der vorgenannten sowie weitere Nachteile anzubieten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schraubenrotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenrotor aus einem Polymer hergestellt ist, wobei der Schraubenrotor eine Welle mit einem Rotorkörper auf der Welle aufweist, wobei das Polymer der Welle mit Fasern verstärkt ist, wobei die Welle Elemente aufweist, die mit dem Rotorkörper oder mit entsprechenden Elementen im Rotorkörper in Eingriff gelangen, so dass die Elemente eine axiale und/oder rotierende Bewegung der Welle in Bezug auf den Rotorkörper verhindern.
Durch die Verwendung eines Polymers ist der Schraubenrotor nicht nur leichter als die herkömmlichen Metallschraubenrotoren; er ist außerdem korrosionsbeständiger und ist einfacher in komplexen Formen herzustellen.
Ein solcher Schraubenrotor kann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden, das die Herstellung einer groben Schraubenform ermöglicht, die bereits der endgültigen fertigen Schraubenform nahekommt, so dass die Endbearbeitung durch die Schneidoperationen, die erforderlich sind, um diese Grobschraube innerhalb die erforderlichen Toleranzen zu bringen, von einem viel begrenzteren Umfang sein werden oder möglicherweise gar nicht notwendig sind.
Darüber hinaus ist die Verarbeitung des Verbundschraubenrotors wesentlich einfacher und leichter als die Bearbeitung eines Gusseisen- oder Stahlschraubenrotors.
Dies bedeutet, dass viel weniger Arbeit und Zeit für den Endbearbeitungsprozess benötigt werden, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führen wird.
Darüber hinaus geht weniger Material verloren, da der Ausgangspunkt eine grobe Schraubenform ist, die sich der endgültigen Form bereits stark annähert.
Auch wenn für die Erfindung nur notwendig ist, dass für den Schaft faserverstärktes Polymer verwendet wird, wird es nicht ausgeschlossen, dass der Rotorkörper ebenfalls aus einem faserverstärkten Polymer gefertigt wird.
Die Elemente der Welle sind Abweichungen der Welle in oder von ihrer Oberfläche, das heißt, Abweichungen in Richtung der Mittellinie der Welle oder weg von der Mittellinie der Welle.
Die Elemente der Welle und die entsprechenden oder passenden Elemente auf oder im Rotorkörper verursachen eine mechanische Verkeilung zwischen der Welle und dem Rotorkörper, wodurch axiale Kräfte und Drehmomente von der Welle auf den Rotorkörper übertragen werden können und umgekehrt. Auch wenn die Elemente auf der Welle selbst angeordnet sein können, ist es auch möglich, dass die Elemente der Welle mit Hilfe eines Zwischenkörpers oder eines Keils gebildet werden, der auf dem Schaft in einer dafür vorgesehenen Aussparung angeordnet ist.
Vorzugsweise erstrecken sich die Fasern in der Welle primär in axialer Richtung. Dadurch erhält die Welle die notwendige Steifigkeit und Festigkeit.
Es ist bekannt, dass beispielsweise bei Schraubenrotoren in einem Schraubenkompressor sehr starke Axialkräfte und Gaskräfte auf den Schraubenrotor ausgeübt werden, weshalb es für die Welle von entscheidender Bedeutung ist, die notwendige Steifigkeit aufzuweisen.
Es ist möglich, dass der Rotorkörper zwei oder mehr konzentrische Schichten aufweist, wobei eine innere Schicht Elemente aufweist, die in die folgende Schicht eingreifen, so dass die Elemente eine axiale und/oder rotierende Bewegung der einen Schicht relativ zur nachfolgenden Schicht verhindern.
Dies wird insbesondere für die Herstellung größerer Schraubenrotoren mittels Spritzguss verwendet, so dass die maximale Dicke jeder Schicht acht Millimeter beträgt.
Durch das Spritzgießen des Rotorkörpers in mehreren Schritten oder Stufen kann das Volumen des in jedem Schritt oder jeder Stufe hinzugefügten Materials begrenzt werden, was eine einfachere Überwachung des Spritzgussprozesses und des anschließenden Kühlprozesses ermöglicht. Dies trägt dazu bei, die endgültigen mechanischen Eigenschaften des Schraubenrotors zu optimieren. Die Elemente sind analog zu den oben genannten Elementen der Welle und haben die gleiche Funktion wie diese.
Der Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubenrotors bestehend aus einer Welle und einem Rotorkörper zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenrotor aus einem Polymer hergestellt ist und das Verfahren folgende Schritte umfasst:

A) Bereitstellung einer Welle;
B) das Spritzgießen des Rotorkörpers unter Verwendung einer dafür vorgesehenen Gussform, wobei die vorgenannte Welle als Einschub in die Form verwendet wird.

Durch die Durchführung des Verfahrens in wenigstens zwei Schritten wird der Spritzgussprozess von Schritt B im Vergleich zu einem Spritzgussverfahren, bei dem der Schraubenrotor in einem einzigen Schritt spritzgegossen wird, unter anderem in Bezug auf die Schrumpfung des Materials, die Abmessungen und die mechanischen Eigenschaften, die in einem mehrstufigen Verfahren wie der Erfindung leichter zu überwachen sind, wesentlich einfacher.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Verwendung der Welle als Einsatz in der Form des Rotorkörpers der Rotorkörper auf oder um die Welle gegossen wird, wodurch durch den Guss des Rotorkörpers eine thermische Bindung zwischen der Welle und dem Rotorkörper entsteht.
Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Welle nicht relativ zum Rotorkörper bewegen kann, da sich beim Spritzgießen des Rotorkörpers die Oberfläche der Welle aufgrund ihres Kontakts mit dem heißen geschmolzenen faserverstärkten Polymer, das in die Form eingespritzt wird, erneut erwärmt, wodurch eine thermische Verbindung mit dem Material des Rotorkörpers entsteht, der um sie herum gegossen wird.
Mit der Vorstellung, die erfindungsgemäßen Merkmale besser zu demonstrieren, werden im Folgenden, ohne dass diese Beschreibungen einen einschränkenden Charakter haben, einige Beispiele für bevorzugte Varianten eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Schraubenrotors unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine schematische und perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schraubenrotors zeigt;
2 die Welle des Schraubenrotors in 1 zeigt; 3 schematisch einen Querschnitt entlang der Linie III-III in 2 zeigt;
4 schematisch einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 1 zeigt;
5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen von 2 zeigen.

Der Schraubenrotor 1 gemäß der Erfindung, schematisch dargestellt in 1, besteht aus einer Welle 2 mit einem Rotorkörper 3 darauf.
Der Schraubenrotor 1 kann in einem flüssigkeitseingespritzten Kompressor, Expander oder einer Vakuumpumpe verwendet werden.
Im gezeigten Beispiel ist der Rotorkörper 3 zylindrisch in der Form. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Rotorkörper 3 eine konische Form aufweist. Die Verwendung eines konischen Rotors hat den Vorteil, dass die Kräfte besser verteilt werden und die Kompression erhöht werden kann.
In 2 ist die Welle 2 separat dargestellt.
Erfindungsgemäß ist der Schraubenrotor 1 aus einem Polymer hergestellt.
In diesem erfindungsgemäßen Fall ist wenigstens die Welle 2 aus einem mit Fasern 4 verstärkten Polymer hergestellt und der Rotorkörper 3 kann aus einem Polymer ohne Fasern 4 hergestellt sein, wobei jedoch im hier gezeigten und unten beschriebenen Beispiel der Rotorkörper 3 auch aus einem mit Fasern 4 verstärkten Polymer hergestellt wird.
Das Polymer kann beispielsweise ein Polyamid oder ein Polyimid sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Für Instance kann das Polymer auch Polyetheretherketon (PEEK) sein.
Ebenfalls möglich kann es sich bei dem Polymer auch um ein duroplastisches Polymer, beispielsweise ein Epoxidharz, einen Vinylester oder einen ungesättigten Polyester, handeln.
Die Fasern 4 umfassen vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, Kohlefasern oder Glasfasern. Die Fasern können auch ein organisches Polymer wie beispielsweise Aramidfasern umfassen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind ebenfalls eine Möglichkeit.
In einer möglichen Ausführungsform ist das mit Fasern 4 verstärkte Polymer ein sogenanntes selbstverstärktes Polymer, bei dem die Fasern aus demselben Polymer wie die Form hergestellt werden.
Vorzugsweise handelt es sich um Polymerpolyamid, Polyimid oder PEEK, das mit zwischen 10 und 60 Gewichtsprozent Fasern 4 verstärkt ist. Vorzugsweise liegt der Gewichtsanteil der Fasern zwischen 25 und 45 Prozent.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Welle 2 aus einem anderen Polymer als der Rotorkörper 3 hergestellt ist, wobei der Rotorkörper 3 aus einem Polymer hergestellt sein kann, das mit Fasern 4 verstärkt sein kann oder auch nicht.
So kann beispielsweise das mit Fasern 4 verstärkte Polymer der Welle 2 eine identische oder eine höhere Erweichungstemperatur aufweisen als das mit Fasern 4 verstärkte Polymer des Rotorkörpers 3.
Der Unterschied in der Erweichungstemperatur verschiedener Schichten variiert vorzugsweise zwischen null und zwanzig Grad Celsius.
Dies wird insbesondere bei der Produktion bzw. Herstellung des Schraubenrotors 1 Vorteile mit sich bringen, wie im Einzelnen geklärt wird.
In diesem Fall erstrecken sich, ohne dass dies erfindungsgemäß erforderlich ist, die Fasern 4 in der Welle 2 primär in axialer Richtung X-X'.
Dies ist schematisch im Querschnitt in 3 dargestellt.
Aufgrund dieser Ausrichtung der Fasern 4 hat die Welle 2 die notwendige Steifigkeit. Es ist bekannt, dass die Welle 2 während des Betriebs der Maschine an der Stelle, an der der Schraubenrotor 1 montiert ist, starken Axialkräften und Gaskräften ausgesetzt ist.
Wie in 3 zu sehen ist, ist die Welle 2 eine volle Welle 2. Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Welle 2 hohl ist, d. h. es erstreckt sich dort ein Längshohlraum durch die Welle 2. Dadurch werden sogenannte Flussprobleme bei der Herstellung der Welle 2 vermieden.
In diesem Fall, aber nicht unbedingt notwendig, sind die Fasern 4 im Rotorkörper 3 willkürlich oder zufällig ausgerichtet.
Erfindungsgemäß und wie in den 2, 3 und 4 deutlich zu sehen ist, weist die Welle 2 die Elemente 5a, 5b auf.
Einige dieser Elemente 5a können in den Rotorkörper 3 eingreifen, einige dieser Elemente 5b können in entsprechende Elemente 5c im Rotorkörper 3 eingreifen, wobei all dies so ausgeführt ist, dass die Elemente 5a, 5b, 5c eine axiale und/oder eine rotierende Bewegung der Welle 2 relativ zum Rotorkörper 3 verhindern.
Dies wird anhand der Figuren erklärt.
Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, weist die Welle 2 zwei Elemente 5a in Form eines ringförmigen Vorsprungs auf, wobei der Vorsprung auf der Welle 2 entsprechend der axialen Richtung X-X' zyklisch symmetrisch und koaxial mit der Mittellinie X-X' der Welle 2 ist.
Zyklisch symmetrisch bedeutet: Schnitte oder Segmente, die sich rotierend um die Mittellinie wiederholen.
Auch wenn diese Elemente 5a in diesem Fall zu einem ringförmigen Vorsprung gehören, können diese Elemente 5a auch eine(n) unterschiedlich geformte(n) Vorsprung, Nut oder Ring umfassen.
Diese Elemente 5a können in den Rotorkörper 3 selbst eingreifen, wie in 1 dargestellt.
Solche Elemente 5a sind in der Lage, axiale Kräfte von der Welle 2 auf den Rotorkörper 3 und umgekehrt zu übertragen.
Effektiv stellen sie einen Anschlag für den Rotorkörper 3 auf der Welle 2 dar und umgekehrt, so dass, wenn eine axiale Kraft auf den Rotorkörper 3 ausgeübt wird, diese über diesen Anschlag auf die Welle 2 übertragen werden kann.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass diese Elemente 5a an einer anderen Stelle angeordnet sind, weiter weg vom Ende 6 der Welle 2. In diesem Fall greifen diese Elemente 5a nicht auf den Rotorkörper 3 selbst ein, sondern auf die entsprechenden Elemente 5c des Rotorkörpers 3.
Darüber hinaus verfügt die Welle 2 auch über eine Reihe von Elementen 5b, die in entsprechende Elemente 5c des Rotorkörpers 3 eingreifen können.
In diesem Fall beziehen sich diese Elemente 5b auf Vorsprünge entlang der axialen Richtung X-X' der Welle 2, die dazu führen, dass der Querschnitt der Welle 2 sechseckig ist.
Diese Elemente 5b befinden sich an einer Stelle auf der Welle 2, über welcher der Rotorkörper 3 angeordnet ist, wie sich aus den Vergleichen der 1 und 2 ergibt.
Wie in 4 zu sehen ist, weist der Rotorkörper 3 entsprechende Elemente 5c auf, welche in die Elemente 5b der Welle 2 eingreifen.
Über solche Elemente 5b, 5c kann das Drehmoment von der Welle 2 auf den Rotorkörper 3 übertragen werden. Dies wird insbesondere für den Antrieb des Schraubenrotors 1 durch einen Motor über die Welle 2 relevant sein.
Anstelle von Vorsprüngen, die sich in axialer Richtung X-X' erstrecken, kann auch eine Nut, ein Ring oder ähnliches als die Elemente 5b, 5c verwendet werden.
Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, ist in diesem Fall die Welle 2 an ihrer Stirnfläche 7 mit einem Kupplungsstück 8 vorgesehen, das über ein Schraubgewinde 9 verfügt, in dem eine Schraube angeordnet werden kann.
Mittels dieser Schraube kann die Welle 2 beispielsweise mit einer Antriebswelle eines Motors oder ähnlichem verbunden werden.
Auch wenn im gezeigten Beispiel der Schraubenrotor 1 aus einer Welle 2 mit einem Rotorkörper 3 besteht, ist nicht ausgeschlossen, dass der Rotorkörper 3 selbst aus zwei oder mehr konzentrischen Schichten besteht, wobei eine innere Schicht die Elemente 5b, 5c aufweist, welche in die folgende Schicht eingreifen, so dass die Elemente 5b, 5c eine axiale und/oder rotierende Bewegung der einen Schicht relativ zur folgenden Schicht verhindern.
Mit anderen Worten gesagt, ist das Prinzip in seiner Natur dem Prinzip der Welle 2 und des Rotorkörpers 3, wie oben erläutert, sehr ähnlich.
Im Falle eines großen Schraubenrotors 1 wird dies insbesondere während des Produktionsprozesses von Vorteil sein, wie im Folgenden erläutert wird.
Der Schraubenrotor der 1 bis einschließlich 4 kann nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Das Verfahren zur Herstellung des Schraubenrotors 1 aus einem mit Fasern 4 verstärkten Polymer im Spritzgussverfahren besteht im Wesentlichen aus zwei Schritten:

A) Bereitstellung einer Welle;
B) das Spritzgießen des Rotorkörpers 3 unter Verwendung einer dafür vorgesehenen Form, wobei die vorgenannte Welle 2 als Einsatz in die Form verwendet wird.

Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, umfasst der vorgenannte Schritt A das Spritzgießen der Welle 2 des Schraubenrotors 1 unter Verwendung einer vorgesehenen Form.
Dies ist für die Erfindung jedoch nicht erforderlich. Die Welle 2 kann beispielsweise auch extrudiert werden.
In Schritt A wird für das Spritzgießen der Welle 2 eine Form mit den Elementen 5a, 5b verwendet, so dass die oben genannten Elemente 5a, 5b auf der Welle 2 entstehen.
Um sicherzustellen, dass sich die Fasern 4 in der Welle 2 in axialer Richtung X-X' erstrecken, kann das mit Fasern 4 verstärkte Polymer in axialer Richtung X-X' in die Form eingespritzt werden.
Durch die Verwendung der Welle 2 als Einsatz in der Form des Rotorkörpers 3 werden die entsprechenden Elemente 5c effektiv automatisch im Rotorkörper 3 erzeugt.
Durch Verwendung eines anderen Polymers für die Welle 2, das mit Fasern 4 verstärkt ist, als das Polymer für den Rotorkörper 3, das mit Fasern 4 verstärkt ist, so dass das für die Welle 2 verwendete Polymer, das mit Fasern 4 verstärkt ist, eine identische oder eine höhere Erweichungstemperatur aufweist als das für den Rotorkörper 3 verwendete Polymer, schmilzt oder erweicht die Welle 2 als Ganzes nicht, wenn der Rotorkörper 3 um sie herum gegossen wird. Auf diese Weise bleiben die mechanischen Eigenschaften der Welle 2 erhalten und es kann verhindert werden, dass die Fasern 4 der Welle 2 ihre Orientierung verlieren, wenn das Polymer der Welle 2 etwas weicher wird.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass Schritt B, das Spritzgießen des Rotorkörpers 3, in zwei oder mehr Schritten ausgeführt wird, in denen dem Rotorkörper 3 jeweils mehr Material durch die Verwendung aufeinanderfolgender Matrizen zugesetzt wird, wobei der im vorherigen Schritt hergestellte Rotorkörperteil als Einsatz in der folgenden Form verwendet wird.
So kann der Rotorkörper 3 selbst aus zwei oder mehr konzentrischen Schichten bestehen, wobei die Verwendung von Matrizen mit Elementen 5c dazu führen kann, dass Elemente 5c auf einer inneren Schicht bereitgestellt werden, um in die folgende um sie herum gegossene Schicht einzugreifen.
Dieser Ansatz ist besonders bei großen Schraubenrotoren 1 vorteilhaft, da dadurch das zugesetzte Material mit jedem Schritt begrenzter werden kann, so dass die Abkühlung überwacht werden kann, so dass keine oder viel weniger mechanische Spannungen entstehen.
Hat der Rotorkörper 3 eine konische Form, hat dies den Vorteil, dass er viel leichter entformt, also aus der Form entfernt werden kann.
Um das vorgenannte Kupplungsstück 8 in die Fläche 7 der Welle 2 einzufügen, wird das Kupplungsstück 8 in der Form der Welle 2 an der Stelle der jeweiligen Fläche 7 der Welle 2 angeordnet.
Somit kann das Kupplungsstück 8 während des Gussprozesses in die Welle 2 integriert werden.
Alternativ kann nach Schritt B das vorgenannte Kupplungsstück 8 durch Selbstschneiden in einem dafür vorgesehenen Hohlraum in einer Fläche 7 der Welle 2 angeordnet werden.
Es sollte klar sein, dass in den gezeigten und in den 1 bis einschließlich 5 beschriebenen Beispielen nur einige mögliche Beispiele für mögliche Ausführungsformen der Elemente 5a, 5b gezeigt werden.
Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in 5 dargestellt, in der die Elemente 5a, 5b wenigstens einen Vorsprung 5b umfassen, der die Form einer Helix oder einer Spirale um die Welle 2 aufweist.
Anstelle eines Vorsprungs kann dies auch eine helix- oder spiralförmige Nut sein.
Der Vorsprung oder Element 5b befindet sich an einer Stelle der Welle 2, über welcher der Rotorkörper 3 angeordnet ist, so dass während des Spritzgussprozesses entsprechende Elemente im Rotorkörper 3 gebildet werden.
Die helixförmigen Elemente 5b sind in der Lage, eine Kombination aus Rotations- und Axialkräften zu übertragen, um eine axiale und rotationsbedingte Bewegung der Welle 2 relativ zum Rotorkörper 3 zu verhindern.
6 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform, wobei die Welle 2 ein Element 5b aufweist, das in ein entsprechendes Element 5c des Rotorkörpers 3 eingreifen kann.
In diesem Fall ist dieses Element 5b ein ringförmiger Vorsprung um die Welle 2 herum.
Dieses Element 5b befindet sich an einer Stelle auf der Welle 2, über welcher der Rotorkörper 3 angeordnet ist. Dieses Element 5b ist in der Lage, axiale Kräfte von der Welle 2 auf den Rotorkörper 3 und umgekehrt zu übertragen.
7 zeigt eine weitere Variante, bei der die Welle 2 mehrere Elemente 5b in Form von länglichen Vorsprüngen aufweist, die sich in axialer Richtung entlang der Welle 2 erstrecken und um die Welle 2 herum verteilt sind.
Basierend auf den oben genannten Varianten ist klar, dass die Elemente 5a, 5b auf unterschiedliche Weise körperlich ausgeformt sein können und dass die gezeigten Beispiele in keiner Weise einschränkend zu verstehen sind.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in keiner Weise auf die in den Figuren beschriebenen und dargestellten beispielhaften Ausführungsformen. Vielmehr können ein Verfahren und ein Schraubenrotor gemäß der Erfindung in verschiedenen Varianten umgesetzt werden, ohne den Umfang der Erfindung zu überschreiten.

Claims

Schraubenrotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenrotor (1) aus Polymer hergestellt ist, wobei der Schraubenrotor (1) aus einer Welle (2) mit einem Rotorkörper (3) darauf besteht, wobei das Polymer der Welle (2) mit Fasern (4) verstärkt ist, wobei die Welle (2) Elemente (5a, 5b) aufweist, die in den Rotorkörper (3) oder entsprechende Elemente (5c) im Rotorkörper (3) eingreifen, so dass die Elemente (5a, 5b, 5c) eine axiale und/oder rotierende Bewegung der Welle (2) in Bezug auf den Rotorkörper (3) verhindern.
Schraubenrotor nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (5a, 5b) wenigstens eine(n) Nut, Ring, Vorsprung oder ähnliches umfassen, wobei der Vorsprung auf eine Fläche senkrecht zur Welle (2) in axialer Richtung (X-X') zyklisch symmetrisch und koaxial mit der Mittellinie (X-X') der Welle (2) ist.
Schraubenrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (5a, 5b) wenigstens eine(n) Nut, Ring, Vorsprung oder ähnliches umfassen, die/der sich in axialer Richtung erstreckt (X-X'), wobei sich dieses Element (5a, 5b) an einer Stelle auf der Welle (2) befindet, auf der der Rotorkörper (3) angeordnet ist.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Rotorkörpers (3) zylindrisch oder konisch ist.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) hohl ist.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (5a, 5b) wenigstens eine(n) Nut, Vorsprung oder ähnliches mit der Form einer Helix um die Welle (2) umfassen.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fasern (4) in der Welle (2) primär in axialer Richtung (X-X') erstrecken.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (3) wenigstens teilweise aus einem mit Fasern (4) verstärkten Polymer hergestellt ist.
Schraubenrotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) im Rotorkörper (3) beliebig oder zufällig ausgerichtet sind.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Polyamid, ein Polyimid oder PEEK ist.
Schraubenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein duroplastisches Polymer, genauer gesagt ein Epoxidharz, ein Vinylester oder ein ungesättigter Polyester, ist.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) Kohlefasern oder Glasfasern umfassen.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) ein organisches Polymer umfassen.
Schraubenrotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4), die aus einem organischen Polymer hergestellt sind, Aramidfasern sind.
Schraubenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein selbstverstärktes Polymer aus Aramidfasern in einer Aramidpolymermatrix ist.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) aus einem anderen Polymer als der Rotorkörper (3) hergestellt ist.
Schraubenrotor nach dem vorhergehenden Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Welle (2) eine identische oder höhere Erweichungstemperatur aufweist als das Polymer des Rotorkörpers (3).
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stelle einer Fläche (7) die Welle (2) über ein Kupplungsstück (8) verfügt, das ein Schraubgewinde (9) aufweist, in dem ein Schraubbolzen angeordnet werden kann.
Schraubenrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (2) aus zwei oder mehr konzentrischen Schichten besteht, wobei eine innere Schicht Elemente (5c) aufweist, welche in die folgende Schicht eingreifen, so dass die Elemente (5c) eine axiale und/oder rotierende Bewegung der einen Schicht relativ zur folgenden Schicht verhindern.
Verfahren zur Herstellung eines Schraubenrotors (1), bestehend aus einer Welle (2) und einem Rotorkörper (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenrotor (1) aus einem Polymer hergestellt ist und das Verfahren folgende Schritte umfasst: A) Bereitstellung einer Welle (2); B) das Spritzgießen des Rotorkörpers (3) unter Verwendung einer dafür vorgesehenen Form, wobei die vorgenannte Welle (1) als Einsatz in die Form verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt B das Spritzgießen des Rotorkörpers (1) in zwei oder mehr Schritten ausgeführt wird, in denen dem Rotorkörper (1) jeweils mehr Material durch die Verwendung aufeinanderfolgender Formen zugesetzt wird, wobei der im vorherigen Schritt hergestellte Rotorkörperteil als Einsatz in der folgenden Form verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt A die Bereitstellung einer Welle (2) das Spritzgießen der Welle (2) des Schraubenrotors (1) unter Verwendung einer vorgesehenen Form umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spritzgießen der Welle (2) das mit Fasern (4) verstärkte Polymer in axialer Richtung (X-X') in die Form eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A eine Form mit Elementen (5a, 5b) verwendet wird, so dass die Elemente (5a, 5b) verhindern, dass sich die so hergestellte Welle (2) und der Rotorkörper (3) radial und/oder axial in Bezug aufeinander bewegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Form für die Welle (2) an der Stelle einer Fläche (7) der Welle ein Kupplungsstück (8) als Einsatz in der Form angeordnet ist, ausgestattet mit einem Schraubengewinde (9), in dem ein Schraubbolzen angeordnet werden kann oder in dem nach dem zuvor genannten Schritt B das zuvor genannte Kupplungsstück (8) durch Selbstschneiden in einem vorgesehenen Hohlraum in einer Fläche (7) der Welle (2) angeordnet wird.