DE3424148A1

DE3424148A1 - Verfahren zur herstellung von rotoren fuer schraubenverdichter

Info

Publication number: DE3424148A1
Application number: DE19843424148
Authority: DE
Inventors: Günter 5090 Leverkusen Kirsten
Original assignee: GTS GES fur TURBO und SCHRAUB
Current assignee: GTS GES fur TURBO und SCHRAUB
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1986-01-09
Also published as: DE3448025C3; DE3448025A1; DE3424148C2; DE3448025C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Rotoren für Schrauben-
verdichter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rotoren für Schraubenverdichter sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens und nach diesem Verfahren hergestellte Rotore.
Schraubenverdichter zum Verdichten von Gasen haben zwei mit unterschiedlichen schraubenförmigen Profilen versehene Rotore, von denen der eine einen Hauptläufer und der andere einen Nebenläufer bildet. Diese Rotore werden aufgrund ihres komplizierten Profils im Abwälzfräsverfahren mit Profilfräsern hergestellt. Dieses Verfahren erfordert hohe Investitionen an Maschinen und Fräswerkzeugen. Da sich die Fräswerkzeuge abnutzen, ist wegen der geforderten hohen Maßhaltigkeit der Rotore ein ständiges Nacharbeiten der Fräswerkzeuge erforderlich. Ein weiterer Nachteil des bekannten Herstellungsverfahrens besteht darin, daß die Formen der Schraubenprofile beschränkt sind. So lassen sich beispielsweise Schraubenprofile mit bestimmten Hinterschneidungen nicht im Fräsverfahren herstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine einfachere Herstellung der Rotore ermöglicht und auch solche Schraubenprofile herzustellen gestattet, die nach den üblichen Verfahren nicht hergestellt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach einer ersten Variante der Erfindung darin, daß in eine einstückige Negativform des Rotorkörpers eine Rotorwelle eingesetzt wird, daß die Negativform mit Kunststoff ausgespritzt wird und daß anschließend der Rotorkörper durch Bewegen der Rotorwelle aus der Negativform herausgedreht wird.
Nach dieser Variante der Erfindung erfolgt die Herstellung des Rotorkörpers im Spritzgußverfahren mit Hilfe einer ungeteilten einstückigen Negativform. Formen, die aus mehreren zusammengesetzten Formteilen bestehen, eignen sich zur Herstellung der Rotorkörper mit den erforderlichen Schraubenprofilen, die Hinterschneidungen aufweisen können, nicht. Selbst wenn man davon ausgeht, daß die bei geteilten Spritzgußformen stets am Werkstück auftretende Naht durch Nachbearbeitung beseitigt werden kann, ist eine Fertigung der Rotore mit geteilten Spritzgußformen nicht möglich, weil die Form des Rotorkörpers es nicht zuläßt, die einzelnen Formteile zu entfernen. Nach der Erfindung erfolgt das Entformen dadurch, daß der Rotorkörper aus der Negativform herausgedreht wird. Hierzu ist es erforderlich, den Rotorkörper in eine Drehung zu versetzen, so daß er sich schraubenförmig aus der Negativform herausbewegt und an derem stirnseitigen Ende austritt. Der Kunststoff wird um die aus Metall bestehende Rotorwelle herumgespritzt. Diese Rotorwelle kann anschließend unverändert in dem Rotorkörper verbleiben, es ist aber auch möglich, die Rotorwelle gegen eine andere auszuwechseln, so daß eine Rotorwelle ausschließlich im Rahmen des Herstellungsverfahrens benutzt wird, während im Betrieb eine andere Rotorwelle in den Rotorkörper eingesetzt wird. Ferner besteht die Möglichkeit, die Rotorwelle mit einem Haftverhinderer zu beschichten, so daß der Kunststoff an der Rotorwelle nicht fest anhaftet. In jedem Fall wird die Rotorwelle dazu benutzt, den Rotorkörper aus der Negativform herauszudrehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Rotorwelle mit einem längslaufenden Profil versehen, auf dem der Rotorkörper in Längsrichtung gleiten kann und die Rotorwelle wird zum Entformen des Rotorkörpers gedreht. Hierbei wird die Drehung der Rotorwelle auf den Rotorkörper übertragen, der auf diese Weise aus der Negativform herausgedreht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Rotorwelle zum Entformen des Rotorkörpers aus der Negativform ohne Drehantrieb axial geschoben oder gezogen. Dieses Entformungsverfahren setzt eine geringe Reibung zwischen Rotorkörper und Negativform und eine relativ große Steigung des Schraubenprofils des Rotorkörpers voraus.
Eine Vorrichtung zur Durchführung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn- zeichnet, daß eine Spritzmaschine einen an einem Ende durch einen abnehmbaren Deckel verschlossenen Arheitsraum aufweist, daß der Deckel und die dem Deckel gegenüberliegende Stirnwand des Arbeitsraumes Zentriermittel für die Rotorwelle aufweisen und daß eine an der Rotorwelle angreifende Mitnahmevorrichtung vorgesehen ist, die relativ zu dem Arbeitsraum linear bewegbar ist. Die Mitnahmevorrichtung kann zusätzlich drehend angetrieben sein.
Die Erfindung betrifft ferner einen Rotor, der nach dem genannten Verfahren hergestellt ist. Bei diesem Rotor ist eine metallische Rotorwelle auf einem Teil ihrer Länge von einem schraubenförmigen Rotorkörper aus Kunststoff umgeben. Die Rotorwelle und der Rotorkörper können durch eine längslaufende Paß feder oder Kerbverzahnung dauerhaft drehfest verbunden sein.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung gelingt die Herstellung des schraubenförmigen Rotorkörpers aus Kunststoff dadurch, daß ein Kunststoff in eine schneckenförmige Formmatrize hinein extrudiert wird.
In der Formmatrize entsteht eine im Prinzip endlose Kunststoffschraube mit dem Profil des Rotorkörpers.
Während der Kunststoff im wesentlichen axial aus dem Extruder herausgedrückt wird, wird dieses Material durch das Schraubenprofil der Formmatrize gedreht, so daß der Kunststoff in der Formmatrize nicht nur axial vorgeschoben, sondern auch drehend angetrieben wird.
Die Rotorkörper können von dem entstehenden Strang abgetrennt werden. Zweckmäßigerweise ist der Strang zusätzlich durch Verstärkungsfasern, die in die Formmatrize einlaufen, verstärkt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der zweiten Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Austrittsende eines Extruders eine schneckenförmige Formmatrize angeordnet ist, die am austrittsseitigen Ende für den fortlaufenden Austritt des rotierenden Rotorkörpers offen ist. An dem Extruder kann ein Dorn befestigt sein, der in dem Rotorkörper einen axialen Kanal zum Befestigen der Rotorwelle erzeugt.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip des Zusammenwirkens der beiden Rotore eines Schraubenverdichters, Fig. 2 eine Seitenansicht des Nebenrotors, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung der Rotorkörper, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform zur Herstellung der Rotorkörper, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform zur Herstellung der Rotorkörper, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Rotorprofilen im Extrusionsverfahren und Fig. 7 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 6.
In Fig. 1 ist das Zusammenwirken der beiden Rotore eines Schraubenverdichters dargestellt. Der Hauptrotor 10 weist mehrere über seinen Umfang verteilt angeordne- te abstehende Flügel 12 auf, die in Längsrichtung des Rotors schraubenförmig verlaufen. Die Flügel 12, die in die schraubenförmigen Rillen 13 des Nebenrotors 11 eintauchen, haben Flanken, deren Kontur sehr genau eingehalten werden muß, um die gewünschte Verdichtung zu erreichen. In gleicher Weise müssen auch die die Ausnehmungen 13 begrenzenden Wände des Nebenrotors 11 mit ganz bestimmten Formen und mit großer Genauigkeit hergestellt werden. Die dargestellten Rotore 10 und 11 haben relativ einfache Schraubenprofile. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, Schraubenprofile zu verwenden, die Hinterschneidungen haben, d.h. Hohlräume, die durch eine Wand begrenzt sind, welche einen radialen Zugang zu dem Hohlraum nicht zuläßt.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Nebenrotors 11.
Hieraus ist die Rotorwelle 14 zu ersehen, die sich durch den Rotorkörper 15 hindurch erstreckt. Im Stand der Technik ist der Rotor einstückig angefertigt.
Die Vorrichtung nach Fig. 3 dient zur Herstellung von aus Kunststoff bestehenden Rotorkörpern. Eine einstückige Negativform 16 des herzustellenden Rotorkörpers ist in den Arbeitsraum der Spritzmaschine 18 eingesetzt. Die Negativform 16 ist hergestellt worden, indem das Profil des Stirnschnitts des herzustellenden Rotors auf eine nur wenige Millimeter dicke Kupferplatte übertragen wurde. Hierbei wurde die Steigung des Umschlingungswinkels der einzelnen Konkaven und Konvexen, Zähne und Zahnlücken berücksichtigt. Nach diesem Masterprofil werden die entsprechenden Schraubenformen von einer programmgesteuerten Senkerodieranlage in das Material der Negativform erodiert.
Der Arbeitsraum der Spritzmaschine 18 ist am einen Ende durch einen Deckel 19 und am anderen Ende durch einen abnehmbaren Deckel 20 verschlossen. Der Deckel 19 weist eine Ausnehmung 21 auf, in die der eine Wellenstumpf 22 der Rotorwelle 23 eingesetzt ist. In der Ausnehmung 21 befindet sich ein Gleitlager 24, in dem die Rotorwelle gedreht werden kann.
Das andere Ende der Rotorwelle 23 ragt durch ein Gleitlager 25 des Deckels 20 hindurch aus dem Arbeitsraum heraus. Während der Deckel 19 an der Form festgeschraubt sein kann, ist der Deckel 20 mit einem Schnellverschluß 26 so befestigt, daß er leicht abgenommen werden kann. Am Deckel 20 sind Führungselemente 27 befestigt, die in Führungsstangen 28 gleiten, um den Deckel 20 achsparallel zur Form verschieben zu können.
Durch den Einlaßkanal 28 wird Kunststoff in den zwischen der Rotorwelle 23 und der Negativform 16 gebildeten Formhohlraum injiziert. Die Luft entweicht aus Kanälen 29 im Deckel 20.
An der Spritzmaschine 18 ist in axialem Abstand von der Rotorwelle 23 ein Kopfstück 30 befestigt, das einen Teil der Mitnahmevorrichtung 31 enthält. Diese Mitnahmevorrichtung 31 weist einen Schaft 32 auf, der über eine Kupplungsvorrichtung 33 mit dem aus der Form herausragenden Ende der Rotorwelle 23 verbunden ist. Der Schaft 32 verläuft koaxial zur Rotorwelle 23 und verlängert diese. Der Schaft 32 ragt durch ein Schneckenrad 34 hindurch, und er weist eine längslaufende Paßfeder 35 auf, die in eine entsprechende (nicht dargestellte) Nut des Schneckenrades 34 eingreift. Das Schneckenrad 34 befindet sich im Innern des Kopfstücks 30 und es ist an diesem mit einem Kugellager 36 gelagert. Der Antrieb des Schneckenrades 34 erfolgt über die Schnecke 37 und das Schneckenrad 38 durch den Motor 39.
Nach dem Erhärten des Materials des Rotorkörpers 40 im Formhohlraum wird der Schnellverschluß 26 geöffnet und der Motor 39 in Funktion gesetzt. Dadurch wird der Schaft 32 gedreht und diese Drehung wird auf die Rotorwelle 23 übertragen. Die Rotorwelle 23 hat ein unrundes Profil, im vorliegenden Fall durch eine Paßfeder 41, so daß sie den Rotorkörper 40 mitdreht. Während die Form feststeht, wird der Rotorkörper 40 aus der Negtivform 16 herausgedreht, wobei der Schaft 32 sich axial durch das Schneckenrad 34 hindurchbewegt. Auf diese Weise wird der Rotorkörper 40 zusammen mit der Rotorwelle 23, die fest in ihm verbleibt, aus der Negativform 16 herausgedreht.
Alternativ besteht die Möglichkeit, daß der Wellenschaft 22 in der Form gegen axiale Verschiebungen festgehalten wird. In diesem Fall würde sich der Rotorkörper 40 auf der Rotorwelle 23 beim Hochdrehen axial verschieben.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 weist die Mitnahmevorrichtung 31 eine Kolben-/Zylindereinheit 42 mit ortsfestem Zylinder auf, deren Kolbenstange 43 einen Käfig 44 trägt. Der Deckel 20 ist Bestandteil des Käfigs 44. Der Käfig 44 enthält ein Axiallager 45, an dem die Greifvorrichtung 46 gelagert ist. Die Greifvorrichtung 46 kann an dem Ende der Rotorwelle 23 befestigt werden. Wenn in diesem Zustand die Kolbenstange 34 angehoben wird, wird auf die Rotorwelle 23 ein axialer Zug ausgeübt, wodurch der Deckel 20 zusammen mit der Rotorwelle angehoben wird. Da der Greifer 46 in dem Käfig 44 drehbar gelagert ist, kann sich der Rotor in der Negativform 16 drehen, wobei sich die Greifvorrichtung 46 mitdreht. Auf diese Weise wird durch Ausüben einer axialen Zugkraft der Rotor unter Drehung aus der Negativform 16 entfernt. Damit die Rotorwelle 23 den Rotorkörper 40 mitnimmt, ist am unteren Ende der Rotorwelle ein Flansch 47 vorgesehen, der in einer entsprechenden Ausnehmung des Deckels 19 sitzt und den Rotorkörper 40 untergreift.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist an der Spritzmaschine 18 eine Kolben-/Zylinde.reinheit 48 befestigt, deren Kolben 49 über die Kolbenstange 50 axial gegen die Rotorwelle 23 und den Rotorkörper 40 drückt, um den Rotor in axialer Richtung aus der Negativform 16 herauszudrücken, nachdem der Deckel 20 am gegenüberliegenden Ende von der Form abgenommen worden ist. Damit die Kolbenstange 50 sich drehen kann, ist sie über ein Axiallager 51 im Kolben 49 abgestützt und gelagert.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4, bei dem an der Rotorwelle 23 gezogen wird, um den Rotor unter Drehung aus der Negativform zu befreien, wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 durch die Kolbenstange 50 gegen den Rotor gedrückt, so daß dieser sich in der Form dreht und diese zum entgegengesetzten Ende hin verläßt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 6 und 7 erfolgt die Herstellung der Rotorkörper mit Hilfe eines Extruders .52, an dessen Ende eine Formmatrize 53 befestigt ist. Das Extrudat gelangt vom Extruder aus in die Formmatrize 53, die entsprechend einem Negativ des herzustellenden Rotorkörpers profiliert ist. Die Formmatrize 53 weist daher mehrere Schraubengänge auf. Das aus dem Extruder austretende Material gelangt in die Formmatrize 53 und wird in dieser durch den Extrusionsdruck nicht nur vorgeschoben, sondern infolge der schraubenförmigen Wandkontur der Formmatrize auch in Drehung versetzt. Während des schraubenförmigen Hindurchbewegens durch die Formmatrize 53 wird das Extrudat gekühlt, so daß es sich zunehmend verfestigt und schließlich als endlose Schnecke die Formmatrize verläßt. Dabei entstehen die in Fig. 6 dargestellten Zonen. In der Füllzone wird die Formmatrize 53 hohlraumfrei mit dem Extrudat ausgefüllt. In der nachfolgenden Kühlzone erstarrt das Extrudat, während es in der Ausstoßzone seine endgültige Form annimmt. An die Ausstoßzone schließt sich der Abgangsbereich an, der den Auslaß der Formmatrize bildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist an der Extruderwelle ein Dorn 54 befestigt, der sich bis weit in die Formmatrize 53 hinein erstreckt und in dem herzustellenden Rotorstrang einen Kanal erzeugt, in den später die Rotorwelle eingesetzt werden kann.
Mit den Vorrichtungen nach Fign. 6 und 7 werden die Rotorkörper als endlose Schrauben hergestellt, von denen geeignete Stücke abgetrennt werden können. Es ist zu beachten, daß für die Herstellung der Hauptrotore die Drehrichtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung bei der Herstellung von Nebenrotore ist.
Das erfindungsgemäSe Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung von Rotoren, deren Rotorkörper alls Kunststoff besteht. Nach diesem Verfahren können alle plastischen härtbaren Materialien verarbeitet werden.
Beispielsweise können auch Rotore aus Keramikmaterial auf diese Weise hergestellt werden. Als Kunststoff eignen sich wegen ihrer Härte und der geringen Wasseraufnahme besonders Polyamide.
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Claims

ANSPRÜCHE Verfahren zur Herstellung von Rotoren für Schraubenverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß in eine einstückige Negativform (16) des Rotorkörpers eine Rotorwelle (23) eingesetzt wird, daß die Negativform mit Kunststoff ausgespritzt wird und daß anschließend der Rotorkörper (40) durch Bewegen der Rotorwelle (23) aus der Negativform herausgedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (23) mit einem längslaufenden Profil versehen wird, das sich drehfest mit dem Rotorkörper (40) verbindet, und daß die Rotorwelle (23) zum Entformen des Rotorkörpers (40) gedreht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (23) zum Entformen des Rotorkörpers aus der Negativform (16) ohne Drehung axial geschoben oder gezogen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzmaschine (18) einen an einem Ende durch einen abnehmbaren Deckel (20) verschlossenen Arbeitsraum aufweist, daß der Deckel (20) und die dem Deckel gegenüberliegende Stirnwand (19) des Arbeitsraumes Zentriermittel für die Rotorwelle (23) aufweisen und daß eine an der Rotorwelle angreifende Mitnahmevorrichtung (31) vorgesehen ist, die relativ zu dem Arbeitsraum linear bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmevorrichtung (31) drehend angetrieben ist.
6. Rotor, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Rotorwelle (23) auf einem Teil ihrer Länge von einem schraubenförmigen Rotorkörper (40) aus Kunststoff oder Keramik umgeben ist.
7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (23) und der Rotorkörper (40) durch eine längslaufende Paß feder (41) oder Kerbverzahnung dauerhaft drehfest verbunden sind.
8. Verfahren zur Herstellung von Rotoren für Schraubenverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff in eine schneckenförmige Formmatrize (53) hinein extrudiert wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Austrittsende eines Extruders (52) eine schneckenförmige Formmatrize (53) angeordnet ist, die am austrittsseitigen Ende für den fortlaufenden Austritt des rotierenden Rotorkörpers offen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schnecke des Extruders (52) ein Dorn (54) befestigt ist, der in dem Rotorkörper einen axialen Kanal zum Befestigen der Rotorwelle erzeugt.