DE68907054T2

DE68907054T2 - Herstellungsverfahren für schraubenrotoren.

Info

Publication number: DE68907054T2
Application number: DE89904637T
Authority: DE
Inventors: Karlis Timuska
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2009-04-05
Also published as: SE463040B; EP0411000A1; SE8801276L; WO1989009881A1; JP2833808B2; DE68907054D1; EP0411000B1; JPH03503667A; SE8801276D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schraubenrotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf nach dem Verfahren hergestellte Rotoren.
Normalerweise werden Schraubenrotoren durch spanende Bearbeitung aus massiven metallischen Rohlingen hergestellt. Die Rotoren haben eine komplizierte geometrische Form, die große Anforderungen an die Genauigkeit bei der Fertigung stellen. Das spanende Herausarbeiten der Rotoren aus massiven Rotorrohlingen bedingt außerdem das Abtragen großer Materialmengen von den Rohlingen. Aus alledem resultieren lange Bearbeitungszeiten und hohe Herstellungskosten.
Infolgedessen besteht seit langem ein Bedarf nach einem einfacheren Verfahren zum Herstellen von Schraubenrotoren ohne die Notwendigkeit, bei der Bearbeitung solch eine große Genauigkeit einhalten zu müssen, so daß derartige Rotoren in großer Stückzahl zu vernünftigen Kosten produziert werden können.
Die schwedische Patentanmeldung Nr. 8603720-7 und die PCT/SE87/00397 lehren eine Anzahl bekannter Verfahren zum Herstellen von Schraubenrotoren, wobei die Herstellung dadurch vereinfacht wird, dar eine Oberflächenschicht aus Kunststoff auf einen Rotorkörper aus Kunststoff oder Metall, der seinerseits auf einer metallischen Welle sitzt, aufgeformt wird. Diese bekannten Verfahren basieren auf dem Konzept, zunächst einen Rotorkörper herzustellen, ohne dabei besondere Aufmerksamkeit auf Maßgenauigkeit richten zu müssen, und dann auf den Körper eine Oberflächenschicht mit den genauen Maßen aufzuformen. Man gelangt zu dem gewünschten Ergebnis normalerweise dann, wenn der Rotorkörper aus Metall hergestellt wird. Obgleich aus Kunststoff geformte Rotorkörper eine wesentliche Vereinfachung bei der Fertigung solcher Körper bieten, ist die anschließende Schrumpfung des Kunststoffmaterials mit Nachteilen verbunden, die es beim Gießen oder Formen anderer Arten von Kunststoffgegenständen nicht gibt, bei denen die anschließende Schrumpfung des Kunststoffs vorausberechnet und kompensiert werden kann. Die besonderen Schwierigkeiten, die beim Formen von Schraubenrotoren auftreten, hängen mit den sich schraubenförmig erstreckenden Rippen zusammen, die sich infolge der Schrumpfung in einer Weise verziehen, die sich vor der Herstellung nicht ohne weiteres vorausberechnen läßt. Dieser Verzug ändert die Steigung der Rippen im Bereich von deren Enden.
Die Auswirkung des durch Schrumpfung herbeigeführten Verzugs kann in einigen Fällen dadurch beseitigt werden, daß man die dünnwandigen Rippen oder Schraubengänge der weiblichen Rotoren genügend elastisch macht, damit sie während des Betriebs elastisch verformt werden können. Dies hat auch noch gewisse andere Vorteile, wie in der PCT/SE 86/00109 dargelegt.
Im Falls männlicher Rotoren und weiblicher Rotoren mit großer Wandstärke der Rippen muß jedoch eine andere Lösung gefunden werden.
Diese Lösung wird durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt, wonach der Rotorkörper aus mehreren Lagen eines sich verfestigenden Materials, zweckmäßigerweise eines Verbundmaterials, geformt, im Spritzgußverfahren oder in ähnlicher Weise hergestellt wird, so daß insbesondere durch Schrumpfung hervorgerufener Verzug der Rippen oder Gewindegänge durch das Aufbringen der äußeren Lage eliminiert werden kann. Das Ausmaß des Verzugs und der Maßabweichungen, die trotz der Formung des Rotorkörpers in mehreren Lagen bleiben, ist nicht so groß, daß dadurch das Beseitigen des Verzugs und der Maßabweichungen durch Aufformen der aus Polymermaterial bestehenden Außenschicht auf den Rotorkörper verhindert wird, so daß diese Schicht dann verhältnismäßig dünn ausgeführt werden kann und folglich nur eine vernachlässigbare Schrumpfung aufweist.
Der Rotorkörper kann nach einem von mehreren verschiedenen Verfahren geformt werden, einschließlich Sintern, wobei viele verschiedene Arten von Material benutzt werden können, wie in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Vorzugsweise werden alle Lagen des Rotorkörpers aus einem Material auf der Grundlage von Polymeren hergestellt, zweckmäßigerweise einem Verbundmaterial, d. h. einem in bekannter Weise mit Fasern verstärkten Material.
Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf ein in der beigefügten Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel nächer erläutert, wobei Fig. 1 in einem Axialschnitt die obere Hälfte eines erfindungsgemäß hergestellten Rotors zeigt und Fig. 2 ein Querschnitt nach Schnittlinie II-II in Fig. 1 ist.
Der dargestellte Rotor, der ein männlicher Rotor ist, hat eine Welle 1, die aus Stahl oder einem verstärkten Kunststoff von extrem hoher Biegefestigkeit besteht, und einen Rotorkörper 2, auf den eine Außenschicht 3 aus einem Material auf der Grundlage von Polymeren aufgeformt ist. Der gezeigte Rotorkörper 2 weist zwei Körperschichten 21, 22 aus polymerem Material auf, von denen die innerste Körperschicht 21 etwas dicker ist als die äußere Körperschicht 22. Die Schrumpfung der Körperschicht 21 soll beendet sein, bevor die Formung der äußeren Körperschicht 22 vollendet ist. In ähnlicher Weise soll die Schrumpfung der äußeren der beiden Körperschichten beendet sein, bevor die Formung der dünnen Außenschicht 3 vollendet ist, so daß die größtmögliche Maßgenauigkeit und der kleinstmögliche Verzug der Rotorrippen auf einfachste Weise erreicht werden.
Um eine gleichmäßige Verfestigung des Rotorkörpers sicherzustellen, ist die Dicke jeder Lage vorzugsweise so gleichmäßig wie möglich. Zu diesem Zweck kann die Ausführungsform mit Welle und schraubenförmigen Rippen oder Gewindegängen, die in der oben genannten PCT/SE86/00109 beschrieben ist, benutzt werden, und wenn verschiedene Materialien verwendet werden, sollte der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schichten so gewählt werden mit Bezug auf das Material der aneinandergrenzenden Schichten, das Material der Welle und der Außenschicht 3, daß gewährleistet ist, daß die kleinstmöglichen Unterschiede in der Wärmeausdehnung erhalten werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Welle 1 aus Stahl, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α = 12 x 10&supmin;&sup6; m/m/ºK hat, die Schicht 21 aus Polyetherimide mit 30 % Glasarmierung - ULTEM 2300 (General Electric) - mit einer Dichte von 1,51 g/cm³, einem Biege-Elastizitätsmodul von 9000 N/mm², α = 20 x 10&supmin;&sup6; m/m/ºK, und die Schicht 22 aus einem Polyetherimid ULTEM 2100 mit 10 % Glasarmierung mit einer Dichte von 1,34, einem Biege-Elastizitätsmodul von 4500 N/mm² und α = 32 x 10&supmin;&sup6;. Die Außenschicht 3 besteht nur aus Polytetrafluorethylen (Teflon ) und schwankt in der Dicke von ungefähr 1/100 mm bis 1 - 2 mm je nach dem Ausmaß der Schrumpfung des Rotorkörpers vor der Vollendung des Formens der Außenschicht 3.
Es versteht sich, dar die Erfindung nicht auf das beschriebene und gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und daß viele Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs der die Erfindung definierenden nachfolgenden Ansprüche möglich sind. So können z. B. die verschiedenen Schicht zusätzlich zu Armierungsfasern größerer oder kleinerer Längen Partikel aus Metall oder Keramik enthalten. Wenigstens eine der äußeren Schichten des Rotorkörpers kann ein poröses Kunststoffmaterial enthalten, in welchem Fall vorzugsweise die Dichte zu den beiden Endflächen der Schicht hin zunimmt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Schraubenrotoren, die schraubenförmige Rippen mit zwischenliegenden Nuten haben und eine Tragwelle (1) mit einem darauf sitzenden Rotorkörper (2) sowie eine dünnwandige, einstückig verbundene Außenschicht (3) aus einem Material auf der Grundlage von Polymeren aufweisen, welche mit großer Maßgenauigkeit auf den Rotorkörper aufgebracht ist, und die zur Verwendung in Schraubenrotormaschinen bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (2) durch Bildung aufeinanderfolgender Körperschichten (21, 22), welche schraubenförmige Rippen mit zwischenliegenden Nuten haben, aus sich verfestigendem Material, vorzugsweise einem Verbundwerkstoff, durch Gießen, Formen, Spritzgießen od. dgl. erzeugt wird, so daß ein durch die bei der Verfestigung eintretende Schrumpfung verursachter Verzug der Rippen zu eliminieren ist durch Aufbringung der Außenschicht (3) mit einer Wanddicke, welche die Abweichung des Rotorkörpers (2) nach der Verfestigung von der vorgesehenen Form des Rotors ausgleicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schichten des Rotorkörpers durch Sintern erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schichten des Rotorkörpers aus einem porösen Material geformt wird und der Schicht eine Dichte gegeben wird, die zu den beiden Endflächen der Schicht hin zunimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schichten des Rotorkörpers von innen nach außen abnimmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht mit einer geringeren Dicke ausgeführt wird als irgendeine der Schichten des Rotorkörpers.