KR20210031747A - 편심 스크류 펌프용 회전자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편심 스크류 펌프의 금속 회전자를 제조하는 방법을 포함하고, 상기 방법은: 워크피스 클램핑 장치의 중심 종축을 따라 연장하는 워크피스를 클램핑하는 단계, 절삭 도구로 워크피스로부터 재료를 절삭 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 3축 선회 공정에서 회전자의 표면을 생성하지 않고 회전자의 외부 표면 기하학적 형상을 생성하도록 절삭 도구를 사용하는 단계, 회전자의 종축에 평행하는 전진축을 따라 절삭 도구를 전진시키는 단계 및 회전자의 종축에 평행하는 도구 회전 축을 기준으로 절삭 도구를 회전시키는 단계를 더 포함한다.

Description

편심 스크류 펌프용 회전자 및 그의 제조 방법
본 발명은 편심 스크류 펌프용 회전자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
편심 스크류 펌프(일명 프로그레시브 캐비티 펌프)는 액체 매체를 펌핑하는 데 사용되며, 특히 반죽 매체 또는 액체, 입자가 많은 매체를 펌핑하는 데 적합하다. 이는 양의 변위 펌프의 원리에 따라 작동한다.
알려진 편심 스크류 펌프는 회전자가 배열된 내부 공동이 있는 고정자로 구성된다. 고정자와 회전자는 종축을 따라 연장된다. 캐비티는 고정자 내부를 형성하는 복수의 내부 스레드의 방식으로 형상화된 내부 기하학적 형상을 갖는 고정자로 형성된다. 회전자는 단일 또는 복수의 외부 스레드의 방식으로 형상화된 웜-형상 외부 컨투어를 갖는다. 회전자의 스레드의 수는 고정자 내부의 내부 기하학적 형상의 스레드의 수보다 더 적고, 통상적으로 1만큼 적다.
회전자는 중심 종축을 중심으로 한 회전자의 회전 운동과 이 회전 운동에 중첩된 고정자의 중심 종축을 중심으로 한 회전자의 중심 종축의 회전 운동으로 구성된 고정자 내부에서 이동을 수행한다. 회전자의 중심 종축은 고정자의 중심 종축을 중심으로 편심도(eccentricity)를 갖고 이동한다. 회전자는 따라서 일반적으로 요동하는 축 섹션에 의해 연결된 2개의 이격된 카단 조인트(cardan joint)에 의해 형성된 워블 샤프트(wobble shaft)에 의해 구동된다. 더 작은 편심을 위해, 이 워블 샤프트는 토크 저항 방식으로 구동 모터와 회전자 사이에 결합된 유연한 샤프트에 의해 형성될 수도 있다.
회전자의 형상은 단일 또는 다중 스레드 웜 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 웜 스레드 단면의 중앙에 위치한 중심 웜 축이 있는 웜 스레드는 회전자의 중심 종축을 중심으로 편심도를 나타내는, 와인딩 경로를 따라 멀리 이동한다.
이러한 편심 기하학적 형상으로 인해, 회전자는 회전 선반 상에서 경제적으로는 종래의 가공 공정으로 제조할 수 없다. 대신, 캐스팅 또는 단조와 같은 일차 성형 공정은 회전자의 3차원 기하학 형상을 생성하기 위해 필요한 성형 자유를 제공하되, 이차 성형 공정은 일반적으로 필요한 형상 정밀도를 달성하기 위해 표면의 후가공이 필요하므로, 편심 스크류 펌프의 회전자를 위한 경제적으로 효율적인 제조 공정이 아니다.
따라서 오늘날 이러한 회전자는 선회 공정(whirling process)으로 제조된다. 선회 공정을 통해 제조할 때, 절삭 에지 또는 여러 절삭 에지가 회전자의 중심 종축을 중심으로 상대적으로 회전하는 도구에 가이드된다. 따라서 절삭 에지는 회전자의 중심 종축 주위의 원형 경로를 따라 이동하며 반경 방향 내향 절삭 에지로 절삭 효과를 생성한다. 원형 경로는 중심 종축에 대해 편심된다. 도구는 제조 공정 동안 회전자의 중심 종축을 따른 이러한 회전 운동에 중첩되고 변위된다. 이와 동기식인 중심 종축을 중심으로 회전자의 회전 운동을 제공함으로써, 이러한 선회 공정에서 회전자의 편심으로 나아가는 스크류 기하학적 형상을 효율적으로 생산하는 것이 가능하다.
원칙적으로 선회 공정은 회전자의 효율적인 제조 방법이지만 개선할 수 있는 단점이 있다. 예를 들어, 도구 파손시 공정을 다시 시작하는 것은, 회전자의 원하는 외부 윤곽이 기하학적으로 오류 없이, 즉 필요한 공차 내에서 유지되도록 많은 노력을 기울여야만 가능하다. 결과적으로 도구 마모 및 기존 도구 파손 위험으로 인해 선회 공정에서 도구를 조기에 예방적으로 교체할 수 있으며, 이는 제조 공정 유지 관리를 집약적이게 하고 생산 비용은 더 많이 들게 한다. 제어 기술 측면에서 실현되어야 하는 회전자의 회전 운동과 선회 도구의 회전 운동 및 축 운동의 복잡한 조정은 복잡한 생산 계획을 필요로하며, 이는 생산 시퀀스의 불규칙성이 발생할 경우 생산 중단에 예민하다.
이러한 배경에 대해, 본 발명은 이러한 단점을 감소시키거나 극복하는 편심 스크류 펌프의 회전자를 위한 제조 공정을 제공하는 작업에 기초한다.
이 작업은 3축 선회 공정에서 회전자의 표면을 생성하지 않음으로써 해결되고, 절삭 도구는 회전자의 종축에 평행하는 전진축을 따라 절삭 도구를 전진시킴으로써 그리고 회전자의 종축에 평행하는 도구 회전 축을 기준으로 절삭 도구를 회전시킴으로써 회전자의 외표면 기하학적 형상을 생성하도록 사용된다.
따라서 본 발명은 공지된 선회 공정(whirling process)에서 벗어난다. 편심 스크류 펌프의 회전자를 제조하기 위해 다른 제조 공정을 사용할 것을 제안한다. 예를 들어 이는 밀링 공정과 같은 또 다른 절단 제조 공정일 수 있다. 그러나, 이것은 또한 선택적으로 적용되거나 선택적으로 경화되는 공정에서 경화성 재료로부터 회전자가 층별로 또는 섹션별로 형성되는 적층 제조 공정일 수 있다. 특히, 예비 단계로 금형 시공이 필요한 1차 성형 공정 또는 단조 공정 또는 사출 성형 공정과 같은 주조 공정에서 회전자를 제조하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면은 편심 스크류 펌프의 회전자를 제조하는 방법이며, 상기 방법은: 워크피스 클램핑 장치에서 중심 종축을 따라 연장하는 워크피스를 클램핑하는 단계, 절삭 도구로 절삭함으로써 워크피스로부터 재료를 제거하는 단계 - 밀링 도구는 절삭 도구로 사용되고 회전자는 밀링 공정에서 제조됨 - 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 이 측면에 따른 금속 회전자는 밀링 공정에 의해 제조 공정에서 기계 가공된다. 이를 위해 밀링 도구가 사용된다. 밀링 도구 또는 밀링 공정은 밀링 도구의 하나 이상의 절삭 에지가 밀링 공정 동안 도구 회전 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하며, 절삭 에지는 이 도구 회전 축에 대해 반경 방향 외측으로 돌출하고 그리고/또는 도구 회전 축에 관하여 축방향으로 돌출한다. 대조적으로, 선회 공정에서 도구의 절삭 에지는 선회 도구의 회전 축에 대해 반경 방향 내측으로 돌출한다.
본 발명에 따르면, 회전자는 선회 공정이 아닌 밀링 공정에서 제조된다. 선회 공정은 절삭 기계 가공 공정인 것으로 이해되고, 여기서, 절삭 도구의 절삭 에지는 워크피스 접하는 이동의 경로를 가로질러서, 워크피스에 완전히 접하며 도구 회전축과 절삭 에지 사이에서 절삭이 기하학적으로 발생하며, 절삭 방향은 도구 회전축에 관하여 반경 방향 내측으로 지향된다. 대조적으로 밀링 공정에서, 절삭 에지는 이동의 볼록하거나 평면인 경로로 이동하고, 절삭 에지는 절삭 접촉의 위치와 도구 회전 축 사이에 배열되므로, 절삭 방향은 도구 회전 축에 관하여 반경 방향 외측으로 지향된다.
선회 공정에서, 워크피스는 절삭 에지의 동작 경로와 관련하여 동작 경로 내부, 즉 동작 경로에 의해 둘러싸인 반면, 밀링 공정에서는 동작 경로 외부에 있다. 밀링 공정을 사용하면, 기계 고장, 도구 파손, 냉각수 또는 윤활유 공급 중단 등으로 인해 제조 공정이 중단되더라도 공정을 다시 시작하고 기하학적 오류 없이 공차 범위 내에서 회전자를 마무리할 수 있다. 이는 밀링 도구의 이동성으로 인해 제조 공정의 모든 기하학적 지점과 제조 공정의 어느 시점에서든 제조 공정을 정확하게 다시 시작할 수 있다는 사실에 의해 달성된다. 특히, 워크피스에서 밀링 도구의 위치를 정밀하게 다시 시작할 수 있으므로 이러한 예기치 않은 사고로 인해 발생할 수 있는 스크랩을 크게 줄일 수 있다. 밀링 공정을 통해 회전자를 생산하는 동안 다양한 밀링 도구를 사용할 수 있다. 예를 들어, 절삭 능력이 높은 황삭 도구(roughing tool)를 먼저 사용하여 회전자의 거친 형상 윤곽을 생성하고 황삭 도구를 사용하여 작은 가공 공차로 회전자의 윤곽을 생성할 수 있다. 그 후, 절삭 능력이 낮고 정밀도가 높은 마무리 도구를 사용하여 높은 표면 품질로 회전자의 최종 윤곽을 생성할 수 있다. 마찬가지로, 윤활 포켓과 같은 회전자의 더 작은 윤곽에 상응하는 소형 밀링 도구를 사용할 수 있다.
도구의 고장이 선회(whirling) 공정에서 도구 고장과 같은 심각한 결과적 손상을 갖지 않기 때문에, 밀링 공정의 또 다른 장점은 도구 활용도가 더 우수하고 경제적이라는 것이다. 밀링 도구는 마모 한계 직전까지 사용할 수 있다.
밀링 공정은 밀링 도구가 1, 2 또는 3축으로 움직일 수 있도록 설계될 수 있다. 축을 중심으로 한 밀링 도구의 이동성은 축을 따라 밀링 도구를 이동하거나 축을 중심으로 회전할 수 있는 가능성으로 이해되어야 한다. 도구 축 자체에 대한 밀링 도구의 회전은 여기서 축에 대한 이동성으로 이해되지 않는다. 대안적으로 또는 밀링 공정 동안 밀링 도구의 이동성에 추가하여, 회전자는 또한 하나, 둘 또는 그 이상의 축에 대해 움직일 수 있다. 다시 말하지만, 회전자는 축을 따라 이동될 수 있거나 축을 중심으로 피벗 또는 회전될 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 본 발명에 따른 제조 공정에서, 밀링 도구의 이동과 회전자의 이동의 중첩은, 예를 들어 밀링 공정 동안 회전자의 종축을 따라 밀링 도구를 이동시키고, 그로부터 오프셋하는, 측 평행하는 축 또는 회전자의 중심 종축을 기준으로 회전자를 회전시키며, 회전자의 종축에 반경 방향 또는 수직인 축 방향에서 밀링 공정 동안 밀링 도구를 이동시킴으로써 발생할 수 있다. 특히, 회전자의 종축에 대해 반경 방향 또는 수직인 이러한 축은 도구 회전 축에 대응할 수 있다.
원추형 회전자를 제조하는 경우, 절삭 도구는 회전자의 종축에 평행하지 않은 공급 축을 따라 전진한다는 것을 이해해야 한다. 그러나 원뿔형 회전자를 제조 할 때, 공급 축(feed axis)은 가공 지점에서 회전자의 엔벨로핑(enveloping) 표면과 평행하다. 이와 관련하여, 다음 설명에서 원뿔형 회전자의 밀링 생산을 위해, 감싸는(enveloping) 표면에 평행한 공급은 종축에 평행한 공급이 언급되는 지점에서 그에 따라 적용되어야 한다.
제 1 바람직한 실시 예에 따르면, 밀링 도구는 재료의 절삭 제거 동안 워크피스의 중심 종축에 평행하지 않은 도구 회전 축을 중심으로 회전하는 것이 제공된다.
선회 도구의 회전 축이 회전자를 생성하기 위하여 워크피스의 중심 종축 또는 회전자의 중심 종축에 평행해야 하는 선회 공정과는 달리, 밀링 공정은 밀링 도구의 회전축이 이로부터 벗어나는 각도 위치에 정렬되는 것을 허용한다. 도구 회전축, 예를 들면, 워크피스의 중심 종축에 수직, 즉, 생산될 회전자의 종축에 관하여 반경 방향일 수 있다. 워크피스의 중심 종축 및 도구 회전축은 한 지점에서 교차할 필요가 없되 서로로부터 멀리 나아가는 방식으로 서로 오프셋될 수 있다. 특히, 도구 회전축은 밀링 공정 동안 서로에 대한 워크피스 또는 밀링 도구를 피벗 하여 본 발명에 따른 밀링 공정 동안 워크피스의 중심 종축에 대하여 그 위치를 변경할 수 있다. 이는 밀링 도구가 일시적으로 워크피스의 중심 종축에 평행하는 도구 회전 축을 기준으로 회전하는 것을 또한 의미할 수 있다.
다른 선호하는 실시예에 있어서, 밀링 도구는 재료의 기계 가공 제거 동안 도구 회전축을 기준으로 회전하며 도구 회전축에 평행하지 않는 도구 공급 방향에서 워크피스에 대하여 전진하는 것이 규정된다.
도구 회전축을 기준으로 밀링 도구를 회전하고 도구 회전 축에 평행하지 않는 도구 공급 방향에서 밀링 도구를 전진함으로써, 재료 제거는 밀링 도구 상에서 원주방향으로 배열되는 절삭 에지에 의해 효율적으로 성취될 수 있다. 이것은 밀링 공정과 선회 공정의 또 다른 중요한 차이점으로, 도구가 절삭에 영향을 미치기 위해 도구 회전 축과 평행하게 전진하는 것이다. 도구 이송 방향은 워크피스에 대한 도구의 실제 상대 이동을 의미하며, 즉 이러한 상대 이동의 방향 구성 요소가 아님을 이해해야 한다. 도구 회전축에 평행하는 방향 구성요소만을 포함하되 도구 회전축에 평행하지 않는 적어도 다른 방향 구성요소도 포함하는 도구 공급 방향이 본 실시예에서 포함된다. 특히, 도구 공급 방향은 워크피스의 중심 종축에 평행하고 그리고/또는 수직인 것이 규정될 수 있다. 이 공급 방향을 통해 한편으로는 밀링 도구로 전체 길이를 따라 워크피스를 가공할 수 있으며, 다른 한편으로는 스레드 기하학적 형상 또는 스크류 기하학적 형상의 원하는 생산이 중심 종축에 수직인 밀링 도구의 공급 방향에 의해 이뤄질 수 있다. 중심 종축에 수직이고 평행하는 도구 공급 방향은 또한 조합된 움직임으로서, 즉, 워크피스의 중심 종축에 수직인 구성요소와 워크피스의 중심 종축에 수직인 구성요소를 갖는 움직임으로서 수행될 수 있다. 유사하게, 도구의 시간 지연된 조합 움직임은 워크피스의 중심 종축에 평행하는 도구 공급 방향에서 도구를 먼저 이동시키고 다음으로 워크피스의 중심 종축에 수직인 도구 공급 방향에서 밀링 도구를 이동시킴으로써 생성될 수 있다.
주변 절삭 에지만 결합된 엔드 밀을 사용하는 경우, 엔드 밀의 축방향 섹션을 사용할 때보다 높은 이송 속도를 달성하는 것이 유리하다. 이는 커터의 중심에 비해 주변에서 더 빠른 절삭 속도와 주변 절삭 에지를 보다 안정적으로 설계할 수 있기 때문이다. 바람직하게는 축방향 섹션 절삭이 수행되지 않는다.
원칙적으로, 밀링 도구가 바람직하게 이동되고 회전자가 공정에서 전진되지 않지만, 본 발명의 기능에 중요한 것은 회전자에 관한 밀링 도구의 상대적 병진 이동이고, 이는, 움직이지 않되 회전하는 밀링 도구의 경우에 회전자의 병진 변위에 의해서 또는 밀링 도구 및 회전자의 중첩 병진 움직임에 의해 실현될 수 있는 것을 상기 실시 예에서 이해해야 한다.
다른 바람직한 실시 예에 따르면, 워크피스는 재료의 기계 가공 제거 동안 그 중심 종축에 대하여 회전하는 것이 선호된다. 중심 종축을 중심으로 워크피스를 회전시킴으로써 밀링 공정 제어의 추가 자유도가 특히 정밀하고 접근 가능한 위치 지정으로 영향을 받을 수 있다. 특히, 워크피스와 밀링 도구 사이의 병진 상대 이동과 함께 워크피스의 회전 움직임은 스레드 구조 또는 웜 구조의 생산을 가능하게 하며, 이것은, 특히, 워크피스의 회전축에 수직인 방향으로, 특히 워크피스의 종축에 대한 반경 방향으로 추가 중첩된 인피드를 갖는 회전자의 스레드 기하학적 형상 또는 복잡한 웜 기하학적 형상의 생산을 위한 높은 수준의 기하학적 자유도를 달성할 수 있다. 밀링 도구는 바람직하게는 워크피스의 원하는 형상에 접선 방향으로 가이드된다.
본 발명에 따르면, 본 발명을 사용하여, 한 편으로, 편심 스크류 회전자를 제조하고, 편심 스크류 회고정자의 먼저 결정된 기하학적 형상을 기초로 그 기하학적 형상을 제조하거나 편심 스크류 회전자의 기하학적 형상을 기초로 편심 스크류 고정자의 기하학적 형상을 결정하여 이를 제조하는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 고정자에서 회전자의 저마찰 및 효율적으로 밀봉하는 편심 회전 작동이 성취되도록 고정자 및 회전자의 스레드의 수, 피치, 임의의 코니시티(conicity) 및 임의의 편심도가 서로 정확하게 매치될 수 있다.
밀링 도구가 워크피스의 상면이 아닌 워크피스의 옆으로 나아갈 경우 본 발명에 따른 공정이 유리하다. 이러한 배열에서, 절삭 제거는 - 바람직하게 독접적으로 - 특히 원통형 측면으로 설계될 수 있는 밀링 도구의 측면 표면에서 발생한다. 워크피스 상에 가이드된 밀링 도구를 갖는 기하학적 형상의 알려진 라인별 스캐닝 대신에, 이러한 방식으로 제조될 회전자의 실루엣의 기계 가공은 워크피스의 종방향에서의 단계 없이 스크류 스레드의 석션측 플랭크와 압력측 플랭크 모두의 정확한 생성을 달성한다. 이는 편심 스크류 펌프에 대한 관련 품질 기준이고, 여기서, 일반 스크류 펌프에 비해, 예를 들어, 공급 스크류는 라운드 튜브서 나아가며 전체 공급 스크류의 엔벨로프만 공급 스크류에 맞도록 설계되어야 하고, 고정자의 스레드 및 회전자의 스레드는 기능을 위해 맞물려야 한다.
따라서, 이 제조 방법으로, 편심 회전자의 상면이 도구 회전축의 방향에서 평면으로 돌출될 때, 돌출된 밀링 도구는 바디를 관통하지 않되, 편심 회전자가 그 종축을 기준으로 회전하는 동안 돌출된 외부 윤곽 주변을 이동한다. 대조적으로, 기존의 훨링 공정과 기존의 CAM 공정에서 도구는 절삭 날이 돌출된 바디 내부의 대부분을 나아가는 방식으로 가이드된다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 편심 회전자의 외부 표면이 워크피스의 종축을 따라 워크피스의 일 단부로부터 다른 단부로 앞뒤로 여러번 나아가는 밀링 도구의 축 방향 공급 움직임으로 가공되고 종축을 중심으로 한 워크피스 회전 움직임이 중첩되는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 맥락으로, 도구의 종축을 따르는 공급 움직임이 엔벨로프를 따른 워크피스의 종방향으로 나아가는 움직임으로서 이해될 것이며, 이는, 종축을 따르는 엔벨로프의 일정한 직경을 갖는 회전자의 경우, 종축에 평행하게 나아갈 수 있되, 종방향으로 원뿔형으로 변화하는 직경을 갖는 회전자의 경우, 예를 들어 원뿔형으로 테이퍼링하는 엔벨로프는 종축에 약간 경사지게 나아갈 수 있다. 이는, 종방향으로 연장하는 각각의 표면 라인을 따르는 단계 또는 불연속성이 없고 공급 순도(feed fineness)에 따라 둘레방향에서 약간의 분절만을 갖는 연속하는 표면을 달성한다. 이러한 표면은 편심 스크류 펌프의 회전자 및 고정자의 맞물리는 기능을 위한 마모가 적고 수명이 긴 실행에 유리하다. 반대로, 밀링 도구의 원주(접선) 공급 방향을 갖는 윤곽의 라인별 캐닝에 의해 밀링되는 표면 - 먼저, 플랭크의 완전한 압력 측 표면 및 이어서 플랭크의 완전한 흡입 측 표면이 밀링됨 - 은 절삭 에지로서 역할을 하는 불연속성이 고정자에 단기간 마모/중간 손상을 야기하는 회전자 상에 생성되므로 경제적으로 실현 가능한 공급률로 편심 스크류 펌프에 적합하지 않은 표면을 야기한다.
추가의 바람직한 실시 예에 따르면, 밀링 도구는 재료의 절삭 제거 동안 중심 종축에 대해 반경 방향으로 공급되는 것이 규정된다. 중심 종축에 관하여 반경 방향으로 밀링 도구를 공급하여, 이러한 중심 종축에 관한 상이한 반경을 갖는 표면을 밀링 공정에 의해 생성된 회전자에 제공할 수 있고, 그렇게 함으로써 회전자의 웜 기하학적 형상이 생성될 수 있다. 반경 방향 인피드는 중심 종축에 관하여 반경 방향 구성요소를 갖는 워크피스와 도구 사이의 상대적인 움직임을 갖는 인피드로서 이해되어야 하되, 상대적인 움직임은 또한 다른 방향 구성요소, 예를 들어, 축방향 또는 접선 방향 구성요소를 가질 수 있다. 인피드는 밀링 도구 자체를 인피 드함으로써 영향을 받을 수 있지만, 회전자의 중심 종축은 반경 방향으로 오프셋될 수도 있고, 예를 들어 중심 종축에서 오프셋된 축을 중심으로 회전자를 회전하여 중심 종축이 편심한다. 인피드는 회전자의 중심 종축에 수직인 도구 회전 축에 대해 이 도구 회전 축에 대해 도구 회전 축에 평행할 수 있다. 도구 회전 축의 방향이 다르거나 중심 종축에 수직이고 중심 종축과 교차하지 않는 도구 회전 축을 사용하면, 인피드는 도구 회전 축에 대해 반경 방향으로 발생할 수도 있다. 회전자 의 중심 종축에 대한 반경 방향으로의 인피드 움직임은 또한 중심 종축에 대해 그러한 반경 방향에 평행한 축을 따라 일어날 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이는. 인피드 움직임이 중심 종축을 교차하는 축을 따라 발생하지 않아도 되는 것을 의미하되, 중심 종축을 교차하고, 즉, 오프셋 방식으로 중심 종축을 지나쳐서 나아가는 축에 평행하는 축을 따라 발생할 수 있다.
바람직하게는, 밀링 도구는 엔드 밀 및/또는 페이스 밀이고, 바람직하게는 밀링 도구 상에 원주 방향으로 배열된 절삭 에지만이 기계 가공 동안 재료의 기계 가공 제거를 위해 사용된다. 공정은 바람직하게는 적어도 회전자의 방사상 외부 표면이 가공될 때 이러한 방식으로 수행된다. 이로 인해 이미 위에서 언급한 특별한 이점이 있다. 현재의 밀링 기술 상태에서는 회전자를 경제적으로 생산할 수 없다. 표준 밀링 방법과, 긴 내부 처리 시간을 야기하는 CAM 프로그램과 같은 추가 소프트웨어를 사용할 필요가 있다. 적은 접촉면이 더 긴 처리 시간을 야기하므로 절삭 공정의 알려진 밀링은 경제적이지 않다. 평면 밀링 커터 또는 엔드 밀링 커터의 면을 사용하는 경우, 회전 중심을 향한 절삭 속도가 주변보다 낮다. 이는 더 낮은 공급 속도만 얻을 수 있음을 의미한다. 또한 맞물리는 평면 밀링 커터의 도구 수명이 더 짧다. 또한, 도구의 요철면은 결합 상태이다("플런징" 및 "상승"). 따라서, 종래 기술에서는 볼 커터와 같은 특별한 유형의 밀링 도구가 필요했다.
무엇보다도, 편심 스크류 펌프의 작동 중에 회전자의 모든 표면이 고정자와 맞물리고 상응하는 표면 품질 및 정확도가 필요하기 때문에, 종래 기술에 알려진 방법은 편심 스크류 펌프의 회전자에 대해 경제적이지 않았다. 또한, 편심 스크류 펌프의 회전자는 마모 부분이고, 이는, 대량 생산이 필요한 이유다. 이러한 경제적 요구는 기존 밀링 공정으로는 충족될 수 없다.
특히 회전자가 압출기 또는 컨베이어의 스크류인 경우 다른 현상이 발생한다. 예를 들어, 개별 스레드의 뒷면(이송 방향에서 볼 수 있음)은 대략적으로 정확해야 한다. 또한 압출기 스크류는 (특히 편심 스크류 펌프와 같은 용적형 펌프(positive displacement pump)의 운반 요소에 비해) 일반적인 마모 부품이 아니므로 공정의 경제성에 대한 요구가 그다지 높지 않다.
후속 고정자 생산을 위한 고정자 코어 역할을 하는 회전자가 생산되고 고정자가 마스터 몰딩 공정에서 고정자 코어에 의해 후속적으로 생산되는 경우 더욱 바람직하며, 몰딩 공정 동안 고정자 코어는 고정자의 내부 기하학적 형상의 기하학적 형상을 규정하는 역할을 한다. 이 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 공정은 고정자 코어 역할을 하는, 즉 그로부터 생산될 고정자의 내부 기하학적 구조에 대응하는 외부 기하학적 구조를 갖는 회전자를 생성한다. 여기서 필요한 경우 생산 중에 허용 또는 공제를 고려하여 나중에 사용되는 원래 몰딩 공정의 수축 효과 또는 팽창 효과를 고려하고 보상해야 한다. 특히, 밀링 공정에 의해 고정자 코어를 제조하는 것이 유리하다. 이는, 축방향에서 하나 이상의 기하학적 파라미터의 변화를 갖는 회전자와 기능적으로 상호작용하는, 축방향, 종방향 연장을 따라 하나 이상의 기하학적 파라미터를 변경함으로써, 밀링 공정에 의해 제조되는 먼저 설명된 회전자와 같이 특정 내부 기하학적 형상이 제공될 수 있는 고정자를 제조하는 것을 가능하게 한다. 이러한 맥락에서, 몰딩 공정은 예를 들어 주조 공정, 단조 공정 또는 권선 공정과 같은 적층 공정이 되는 것으로 이해된다.
본 발명의 또 다른 측면은 편심 스크류 펌프의 금속 회전자를 제조하는 방법이며, 회전자는 적층 제조 공정에서, 특히 레이저 소결 공정 또는 레이저 용융 공정에 의해 제조되며, 선택적 재료 퇴적 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 회전자의 기하학적 데이터를 기반으로 제어된다.
본 발명의 또 다른 측면은 편심 스크류 펌프의 고정자용 고정자 코어를 제조하는 방법이며, 고정자 코어는 적층 제조 공정에 의해 제조되고, 여기서 선택적 재료 퇴적 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 고정자 코어의 기하학적 데이터를 기초로 제어된다.
이러한 두 가지 측면에 따르면, 회전자 또는 고정자 코어의 최종 기하학적 형상을 생성하기 위해 재료가 초기 반제품에서 선택적으로 제거되는 가공, 즉 감산 제조 공정 대신 적층 제조 공정이 사용된다. 적층 가공 공정은 재료를 단면별로 선택적으로 도포 또는 경화하는 몰딩 공정으로, 이 공정은 제조할 제품의 기하학적 데이터를 이용하여 제어된다. 90년대 이후로, 먼저, 프로토타입의 제조에 있어서, 그 동안에, 이러한 공정은 개별적인 최종 제품을 생성하고 다수의 상이한 재료로부터 연속하는 제품의 작거나 중간 수량을 생산하도록 사용될 수 있기 때문에 이러한 적층 제조 공정이 개발되고 사용된다. 종종, 분말 또는 액체와 같은 기본 재료가 층에 적용되고 층들 내의 특정 영역은 예를 들어 전자기 방사선에 노출되거나 경화 재료의 선택적인 적용에 의해 선택적으로 경화되고 필요할 경우 조사가 뒤따른다. 이러한 방법으로, 제품은 반복 중첩된 층 적용에 의해 층별로 제조될 수 있다. 후속하여, 경화되지 않은 재료는 제거될 수 있으며 종종 재사용될 수 있다. 적층 제조 공정의 다른 변형에서, 재료는 선택적으로 부분적으로 적용되고, 그 부분은 함께 본딩되고 부분별로 경화된다.
또한, 본 발명에 따른 방법이, 회전자 및 고정자 코어가 중심 종축을 따르는 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하고, 회전자 또는 고정자 코어의 적층 제조 공정에서 생성된 회전자 또는 고정자 코어의 기하학적 형상이,
- 웜 단면적의 중심으로 나아가는 중심 웜 축과 중심 종축 사이의 거리로서 규정되는 웜 스레드의 편심도,
- 중심 종축에 대한 웜의 둘러싸는 외경,
- 중심 종축에 대한 웜의 감싸는 내경,
- 중심 웜 축에 대한 웜의 외경, 및
- 중심 웜 축의 피치인, 기하학적 파라미터에 의해 규정되는 웜 기하학적 형상이고,
밀링 도구는 재료를 절삭 제거하는 동안 전자 제어에 의해 가이드되고, 또는 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되어서, 적어도 하나의 기하학적 파라미터가 회전자 또는 고정자 코어의 종축을 따라 변경되고, 특히
- 회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부에서, 상기 기하학적 파라미터는 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부에서 보다 더 크고, 또는
- 회전자 또는 고정자 코어의 일 단부에서, 상기 기하학적 파라미터는 축방향에서 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 놓인 회전자 또는 고정자 코어의 단면과 상이한 것으로 개선되는 것이 바람직하다.
기본적으로, 편심 스크류 펌프의 회전자는 특정 기하학적 파라미터를 특징으로 한다. 웜 스레드의 편심도는 회전자를 통해 사인형으로 연장하는 중심 웜 축과 직선으로 나아가는 회전자의 중심 종축 사이의 거리다. 감싸는 외부 기하학적 형상은 일반적으로 웜을 감싸는 실린더로 이해되는 감싸는 외경으로서 규정된다. 중심 종축을 면하는 웜의 내부 기하학적 형상은, 웜의 두께가 편심도의 2배보다 크지 않을 때 웜에 의해 실제로 감싸지는 내부 실린더 공간으로 이해될 수 있되, 웜 두께가 편심도의 절반일 때 중심 종축에 가장 가까운 회전자의 나선형 경계 라인에 의해 규정되는 내접하는 실린더로서 이해될 수 있는 감싸는 내경으로서 규정된다. 회전자의 피치는 중심 웜 축의 피치로 이해되며, 예를 들어, 중심 종축이 중심 종측과 동일한 측 상에 놓이는 평면에 교차하는 중심 웜 축 상의 2개의 인접 지점 사이의 거리로 이해된다. 이러한 거리가 더 크면 회전자 또는 중심 웜 축의 피치가 더 커진다.
알려진 회전자, 특히 선회 공정에 의해 제조된 회전자에서, 이러한 기하학적 파라미터는 일반적으로 회전자의 전체 축 방향 확장에 걸쳐 일정하고, 즉, 회전자 는 동일한 편심도, 동일한 스크류 두께, 동일한 최대 외경 및 회전자 시작부터 회전자 단부까지의 동일한 피치와 동일한 최소 내경을 갖는다. 기하학적 파라미터가 회전자의 종축을 따라 일정한 이러한 방식으로 제조된 회전자가 기준 프로파일로서 이해될 수 있다.
선회 공정에 비해 밀링 또는 적층 제조 공정에 의한 회전자의 제조는 회전자의 제조 공정 동안 이러한 하나 이상의 기하학적 파라미터의 변경을 포함하고, 회전자의 기하학적 설계의 더 큰 자유도를 허용한다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 기하학적 파라미터가 회전자의 중심 종축을 따라 변경될 수 있으므로, 회전자의 제 1 단면 영역에서 기하학적 파라미터가 제 1 값을 가지며 그로부터 축방향으로 이격된 회전자의 제 2 단면 영역에서, 기하학적 파라미터는 제 1 값으로부터 상이한 제 2 값을 갖는다. 따라서 이런 방식으로 제조된 회전자는 하나 이상의 섹션 또는 전체에서 기준 프로파일과의 편차가 있다.
이러한 방식으로, 예를 들면, 원뿔 회전자가 제조될 수 있고, 예를 들어, 이 회전자는, 회전자의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 감소하는 감싸는 외경을 갖고, 이는, 예를 들어, 회전자의 단면적이 일정한 동안 제 1 단부로부터 제 2 단부로 감소하는 편심도에 의해, 또는 편심도가 일정하게 유지되는 동안 회전자의 감소하는 두께 또는 단면적에 의해 성취될 수 있다. 마찬가지로, 회전자의 편심도 및 단면적은 축방향으로 감소할 수 있고, 그렇게 함으로써, 회전자의 테이퍼를 생성하고 또는 회전자의 편심도 또는 두께는 중심 종축을 따라 서로 역으로 변화할 수 있다. 기하학적 파라미터는 2개의 단부에서 동일할 수 있고 예를 들어 크라운형 회전자와 같이 회전자의 양 단부 사이에서 상이할 수 있다.
회전자의 중심 종축을 따라 변경되는 이러한 기하학적 파라미터로 인해, 원형 경로에서 회전자의 편심 유도 회전 움직임은 고정자에서 회전자의 흔들리는 움직임(wobbling movement)으로 변경될 수 있다.
회전자의 기하학적 파라미터 또는 파라미터의 변경은 회전자가 사용되는 고정자의 상응하는 기하학적 파라미터의 변경을 동반할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 본 발명에 따른 회전자를 위한 공정에 의해 생성된 고정자 코어에 기초하여 몰딩 공정에서 고정자를 제조함으로써 수행될 수 있다. 고정자와 회전자의 상이한 기하학적 구조로 인해, 회전자 자체가 이러한 몰딩 공정을 위한 고정자 코어 역할을 할 수 없되, 오히려 고정자 코어가 본 발명에 따른 방법으로 제조될 수 있고, 상응하는 회전자에 대하여 기능적으로 적합하며, 기하학적 파라미터의 상응하는 변화 또는 기하학적 파라미터가 발생하는 것이 이해되어야 한다.
새로운 그리고 개선된 편심 스크류 펌프 기능은, 밀링 공정 또는 적층 제조 공정이 회전자 및 고정자 코어의 생산에서 열리는 자유도를 통해 실현될 수 있다. 예를 들어, 원뿔형 회전자를 제조할 때, 고정자 및/또는 회전자의 마모 보상은 회전자와 고정자 사이의 축방향 상대 변위에 의해 달성될 수 있다. 또한, 축방향 변위 제어 또는 폐쇄 루프 제어는 펌핑 동작을 조정하고 펌프의 마찰 토크를 제어 또는 폐쇄 루프 제어하기 위해 편심 스크류 펌프의 작동 중에 실시간으로 수행될 수 있다. 이것은 예를 들어, 먼저 고정자에 대한 회전자의 축 방향 변위에 의해 회전자와 고정자 사이에 더 큰 간격을 설정함으로써 편심 스크류 펌프의 시작 토크를 감소시키는 데 사용될 수 있으며, 이는 누수 손실없이 최대 펌핑 작용을 달성하기 위해 회전자와 고정자 사이의 더 작은 갭 치수 또는 마찰 접촉에 회전자와 고정자 사이의 축방향 조절에 의한 시작 공정 중에 감소된다. 시동 동작을 개선하는 것 외에도, 편심 스크류 펌프가 작동하는 동안 회전자 및 고정자의 축방향 조정은, 펌핑 용량, 누출 흐름 및 예를 들어 상이한 점도에 대한 반응, 역압 등을 빠르게 변경할 수 있다.
이러한 맥락에서, 밀링 도구는 재료의 절삭 제거 동안 전자 제어에 의해 가이드되는 것, 또는, 적어도 하나의 기하학적 파라미터가 회전자의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부로 연속적으로 변경되는 방식으로 적층 제조 공정의 선택적인 재료 도포 공정 또는 선택적인 재료 경화 공정을 제어하는 것이 특히 선호된다. 연속적인 변경은 연속적인 기하학적 파라미터의 변경으로 이해되며, 즉, 불연속적이고 불규칙한 변경이 없다. 이러한 연속적인 변화는 회전자 상의 축방향 위치의 함수로서 기하학적 파라미터의 변화를 설명하는 수학적 공식에 의해 또는 섹션별로 적용되는 이러한 여러 공식에 의해 설명될 수 있고, 그렇게 함으로써 변화가 상이한 수학적 공식에 의해 기재되는 2개의 섹션 사이의 전환은 연속적이고, 즉, 기하학적 파라미터의 값과 기하학적 파라미터의 변화의 방향에 모두에 있어서 동일하다. 이러한 연속적인 변화는 예를 들어 직선 변화에 있을 수 있으므로, 예를 들어 회전자의 직선 원추형 외부 엔벨로프가 형성된다.
추가의 바람직한 실시 예에 따르면, 재료의 절삭 제거 동안 밀링 도구가 전자 제어 시스템에 의해 가이드되는 것, 또는 적어도 하나의 기하학적 파라미터가 초기에 회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부를 향해 확대되고 이후에 감소되거나, 초기에 감소되고 이후에 확대되는 방식으로, 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 것이 규정된다.
기하학적 파라미터 또는 다수의 기하학적 파라미터 이러한 변화는 볼록한 외부 형상을 갖는 크라운 형상 또는 회전자의 중심 내측으로 만곡된 외부 기하학적 형상을 갖는 오목한 형상을 야기할 수 있다.
더욱이, 밀링 도구는 재료 제거 공정 동안 전자 제어에 의해 가이드되는 것, 또는 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되어, 적어도 하나의 기하학적 파라미터는, 중심 종축을 따르는 밀링 도구의 축방향 공급에 대한 단일, 이중 또는 삼중 지수 의존도를 갖는 회전자 또는 고정자 코어의 축방향 부분을 따라 또는 회전자 또는 고정자 코어의 전체 길이를 따라 회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부까지 변경된다. 수학적으로 자유로운 공식은 또한 제어의 기초로 작용할 수 있으며 그러한 기하학적 정의를 근사할 수 있는 수학적 근사 방법은 단일, 이중 또는 삼중 지수 의존도으로 이해되어야 한다.
회전자의 중심 종축을 따라 밀링 도구의 축방향 공급에 대한 단일, 이중 또는 삼중 지수 의존도으로 하나 이상의 기하학적 파라미터를 변경하는 것은, 회전자의 유리한 기하학적 형상 또는 밀링 공정으로 생성되는 고정자 코어의 역할을 하는 모델에 유리한 기하학적 형상 변경인 것으로 입증된다. 이러한 기하학적 형상에 의해, 편심 스크류 펌프의 후속 작동 동안 회전자 및/또는 고정자의 서로에 대한 제어 작업 및 마모 보정 조정을 효율적으로 수행할 수 있다. 특히, 회전자의 여러 상이한 섹션은 상이한 단일, 이중 또는 삼중 지수 종속 함수를 사용하여 기하학적으로 변경될 수도 있다.
또한, 밀링 도구는 재료의 절삭 제거 동안 전자 제어 시스템에 의해 가이드되는 것, 또는 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되어서,
- 제조된 회전자 또는 고정자 코어의 웜은 중심 웜 축에 관하여 원형이 아닌 단면을 갖고,
- 제조된 회전자 또는 고정자 코어의 웜은 스크류 중심 축에 놓인 대칭 지점에 관하여 비점 대칭(non-point symmetrical) 단면을 갖고,
- 제조된 회전자 또는 고정자 코어의 웜 표면에 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 윤활 포켓이 형성되고, 또는
- 회전자 또는 고정자 코어의 외부 기하학적 형상은, 외부 기하학적 형상이 연속적인 웜 외부 기하학적 형상으로부터 벗어난 반경 방향 돌출 섹션을 갖는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 마모 허용 섹션을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공정의 이 실시 예에 따르면, 밀링 공정 또는 기하학적 자유도가 주어진 적층 제조 공정의 장점은 회전자의 마모 거동 및 작동에 유리한, 회전자 상의 단면 기하학적 형상 및 특정 기하학적 불규칙성을 생성하는 데 사용된다. 회전자의 변경은 편심 스크류 펌프의 회전자 상에만 생성되는 방식으로 회전자에 변화가 이뤄질 수 있는 것, 또는 이러한 변화는 예를 들어 고정자의 몰딩 공정에서 사용하기 위하여 상응하는 고정자 코어를 형성함으로써 편심 스크류 펌프의 회전자 및 고정자 상에 형성되는 것이 이해되어야 한다. 고정자에 대한 변경은 회전자에 대한 변경과 일치하게 이루어질 수 있고, 즉, 고정자에 대한 변경이 회전자에 대한 변경에 상응하게 일치하는 것을 의미하고, 예를 들어, 회전자의 돌출부와 매칭되는 고정자의 일치하는 리세스를 의미한다.
원형이 아닌 단면은 예를 들어 타원형, 3중 클로버잎 또는 4중 클로버잎 단면일 수 있다. 회전자 표면의 윤활 포켓은 복수의 섬형 피트(pit), 회전자의 길이방향으로 또는 나선을 따라 연장되는 그루브, 이러한 종방향 연장부 또는 나선의 횡방향으로 연장하는 그루브, 포켓형 리세스 등에 의해 형성되며, 윤활을 위해 펌핑된 유체를 부분적으로 유지하고 삽입하는 역할을 할 수 있다. 마모 허용 섹션은 더 짧거나 더 긴 길이에 걸쳐서 연장하는 또는 지점에서 돌출부 또는 릿지에 의해 형성될 수 있으며 펌프의 수명을 연장하도록 특히 마모의 대상이 되는 외부 기하학적 형상의 지점에서 회전자를 강화할 수 있다.
회전자는 또한 회전자와 고정자 사이의 밀봉 라인에서 최적화된 접촉과 개선된 접촉 형상을 생성하는 톱니형 프로파일로 제조될 수 있다.
추가의 바람직한 실시 예에 따르면, 특히, 제 1 기하학적 파라미터가 증가되고 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 비례 또는 지수 비율로 증가하거나 감소하고, 또는 제 1 기하학적 파라미터가 증가하고 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 대한 비상관 비율로 증가 또는 감소되는 방식으로, 밀링 도구의 축방향 이송 경로를 따라 적어도 2개의 기하학적 파라미터가 변경되는 것이 규정된다.
이 실시 예에 따르면, 2개 이상의 기하학적 파라미터가 회전자의 중심 종축을 따라 또는 회전자의 중심 웜 축을 따라 변경되고, 이것에 의해, 2개 이상의 기하학적 파라미터가 이러한 축방향 공급 경로를 따라 또는 하나 이상의 기하학적 파라미터를 증가시키고 다른 기하학적 파라미터(들)을 감소시킴으로써 모두 증가되거나 모두 감소하는 방식으로 이러한 변화가 이루어질 수 있다. 증가 또는 감소는 서로 비례하거나 지수적일 수 있다. 그러나, 서로에 대한 2개의 기하학적 파라미터 의 변경은 서로 완전히 독립적으로, 즉 회전자의 축방향 연장을 따라 상관 관계가 없는 관계에서 발생할 수도 있다.
또 다른 측면은 회전자의 중심 종축 주위를 나선형으로 회전하는 중심 웜 축을 포함하는 웜 기하학적 형상을 갖는 편심 스크류 펌프용 회전자에 관한 것이며, 회전자는 회전자의 중심 종축에 평행이 아닌 도구 회전 축을 기준으로 회전하는 밀링 도구가 워크피스로부터의 회전자를 기계 가공하기 위하여 사용되는 밀링 공정에서 제조된다. 본 발명의 이러한 측면은 밀링 공정에 의해 제조된 회전자 및 따라서 밀링 공정에서 일반적인 표면의 기계 가공 마크를 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 회전자는 미리 기재된 유형의 밀링 공정에 따라 제조될 수 있다. 회전자는, 특히, 선회 공정에 의해 제조되지 않기 때문에, 표면에 기계 가공 자국이 없거나 선회 공정에 의해 제조되지 않는다는 점을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에 따른 회전자는 생산할 수 없거나 선회 공정으로 경제적으로 생산할 수 없지만 특히 밀링 공정에 의해 생산될 수 있는 회전자의 기하학적 특성을 가질 수 있다. 이들은 특히 상기 기재된 유형의 공정에 의해 생성되는, 상기 기재된 유형의 기하학적 특성 및 파라미터이다.
회전자의 중심 종축 주위로 나선형을 이루는 중심 웜 축을 갖는 웜 형상을 갖는 편심 스크류 펌프용 회전자는, 중심 종축을 따르는 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하는 회전자에 의해 회전자의 먼저 기재된 실시예에 대안적으로 또는 부가적으로 전진될 수 있으며, 회전자의 기하학적 형상은,
- 웜 단면적 중심에서 나아가는 중심 웜 축과 중심 종축 사이의 거리로서 규정되는 웜 스레드의 편심도,
- 중심 종축에 대한 웜의 감싸는 외경,
- 중심 종축에 대한 웜의 감싸는 내경,
- 중심 웜 축에 대한 웜의 외경, 및
- 중심 웜 축의 피치인, 기하학적 파라미터에 의해 규정된 웜 기하학적 구조이며,
적어도 하나의 기하학적 파라미터가 회전자의 중심 종축을 따라 축 방향으로 변화하고, 특히,
- 회전자의 제 2 단부에서 보다 회전자의 제 1 단부에서 더 크고, 또는
- 회전자의 일 단부에서 축방향에서 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 놓인 회전자의 단면과 상이하다.
이 실시 예에 따르면, 하나 이상의 기하학적 파라미터가 회전자의 중심 종축을 따라 변경되며, 이는 특히 회전자를 제조하기 위해 밀링 공정을 사용함으로써 경제적으로 효율적인 방식으로 가능하다. 기하학적 파라미터의 수정 가능성 및 관련 기능에 대해서는 상응하는 제조 공정의 이전 기재가 참조된다.
적어도 하나의 기하학적 파라미터가 연속적으로, 특히, 회전자의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자의 제 2 단부를 향해 연속적으로 변경되는 경우 더욱 바람직하다.
또한, 적어도 하나의 기하학적 파라미터가 먼저 회전자의 제 1 단부로부터 회전자의 제 2 단부를 향해 증가된 다음 그로부터 감소하거나, 먼저 감소된 다음 그로부터 증가되는 것이 바람직하다.
회전자는 중심 종축을 따르는 밀링 도구의 축방향 전진에 대한 단일, 이중 또는 삼중 지수 의존도를 갖고 회전자의 축방향 부분 따라 또는 회전자의 전체 경로를 따라 회전자의 제 1 단부로부터 회전자의 제 2 단부로 적어도 하나의 기하학적 파라미터를 변경함으로써 더 개선될 수 있다.
회전자는, 제조된 회전자의 웜이 중심 웜 축에 관한 원형이 아닌 단면을 갖고, 제조된 회전자의 웜은 중심 웜 축에 놓인 대칭 지점에 관하여 비점 대청 단면을 갖고, 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 윤활 포켓은 제조된 회전자의 웜의 표면에 형성되고, 회전자의 외부 기하학적 형상은, 외부 기하학적 형상이 연속하는 웜 외부 기하학적 형상으로부터 벗어나는 축방향으로 돌출하는 섹션을 갖는 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 마모 허용 섹션을 갖는 것으로 더욱 개선될 수 있다. 특히, 원형이 아닌 단면은 그렇게 함으로써 상기 기재된 바와 같이 기준 프로파일로부터 벗어난 원형이 아닌 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 특히, 제 1 기하학적 파라미터가 증가되며 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 대한 비례 또는 지수 관계로 증가되거나 감소되고, 또는 제 1 기하학적 파라미터가 증가하고 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 대한 비상관 관계로 증가되거나 감소되는 방식으로, 적어도 2개의 기하학적 파라미터가 밀링 도구의 축방향 전진 경로를 따라 변경되는 것이 선호된다.
본 발명에 따른 회전자의 추가 개선에 대한 상기 기재된 옵션에 있어서. 기준 프로파일에서 벗어난 회전자를 위한 본 발명에 따른 제조 공정의 추가 개선에 대한 상기 설명이 참고된다.
본 발명의 또 다른 측면은 전술한 유형의 회전자의 기하학적 형상을 갖는 고정자 캐비티를 포함하는 편심 스크류 펌프용 고정자이다. 본 실시 예에 의하면, 상기 측면들 또는 상기 실시예들에 따라 제조되거나 형성된 회전자는 고정자를 위한 코어로서 사용된다. 따라서, 고정자 코어로 사용되는 회전자의 외부 기하학적 형상은 고정자의 내부 기하학적 형상을 나타낸다. 이러한 맥락에서, 원칙적으로, 고정자는 특히 기하학적 형상에 따라 변형되는 내부 기하학적 형상 및 회전자를 규정하는 기하학적 형상(고정자 코어)의 중심 종축을 따라 하나 이상의 기하학적 파라미터를 변경하는 가능성을 가질 수 있는 것이 이해된다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 기재된 유형의 회전자, 또는 마스터 몰딩 공정에서 고정자를 생성하기 위한 고정자 코어로서, 먼저 기재된 제조 공정에 의해 제조된 회전자의 용도이다. 본 실시 예에 따르면, 전술한 형태의 회전자 또는 전술 한 제조 방법에 의해 제조된 회전자가 몰딩 공정에서 고정자 코어로 사용된다. 특히, 이것은 고정자의 엘라스토머 인서트를 형성하기 위해 고정자 코어 주위에 엘라스토머를 몰딩하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 유형의 회전자 및/또는 전술한 유형의 고정자를 포함 하는 편심 스크류 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 고정자는 특히 회전자를 고정자 코어로 사용함으로써 몰딩 공정에서 전술한 유형의 회전자를 사용하여 제조될 수 있다. 원칙적으로는 고정자 코어로서 사용되는 회전자 및 회전자로서 사용되는 편심 스크류 펌프의 회전자가, 편심 스크류 펌프의 기능을 설정하도록 기하학적으로 상이하게 설계되고, 예를 들어 회전자에 대한 피치 및 단면에 있어서 상이하게 설계되는 것이 이해된다. 또한, 회전자 및 고정자 또는 둘 중 하나에, 전술한 실시 예에 따라 형성될 수 있고, 특히 중심 종축을 따르는 하나 이상의 기하학적 파라미터의 변화를 가질 수 없는 것이 이해된다.
특히, 편심 스크류 펌프는 일치하는 기하학적 파라미터인 고정자의 중심 종축에 따라 변하는 고정자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터 및 회전자의 중심 종축을 따라 변하는 회전자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터를 가짐으로써 전진될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 회전자와 고정자 상 또는 고정자 코어의 역할을 하는 회전자 상의 일치하는 파라미터는 이러한 변경된 기하학적 파라미터를 통해 상호작용 및 기능적 효과를 성취하기 위하여 고정자의 중심 종축을 따라 변한다. 상응하는 파라미터의 변화는 동일하거나 상이한 수학적 사양(mathematical specification)을 따를 수 있다.
더욱이, 회전자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터 및 고정자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터가 중심 종축을 따라 한 방향으로 동시에 변경되는 것이 바람직하다. 이러한 동기식 변경은 하나 이상의 일치하는 기하학적 파라미터가 회전자와 고정자 모두에서 중심 종축을 따라 같은 방향으로 동기식으로 변경되는 기능적으로 유리한 일치를 달성한다. 이에 의해, 예를 들어, 원추형 고정자에 원추형 회전자를 사용할 수 있고, 축방향 변위에 의해 마모 조정 또는 일시적으로 원하는 누설을 생성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 먼저 알려진 편심 스크류 펌프의 회전자의 기준 프로파일의 기하학적 조건의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 제조된 회전자 또는 본 발명에 따른 회전자의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 3은 도 1과 같이 2개의 변형으로 제조 공정을 개략도로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 설계 또는 제조된 3개의 회전자 A, B, C의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 그 위에 형성되거나 생성된 기하학적 특징을 갖는 회전자의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 실시 예에 따른 또는 본 발명에 따른 제조 공정에 따른 회전자의 측면도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 회전자의 적층 제조 공정의 개략도를 도시한다.
도 1을 먼저 참조하면, 고정자에서 회전자의 편심 회전 운동(eccentric rotary motion)은 회전자의 중심 종축(MR)과 회전자의 중심 종축(MS) 사이의 편심도 및 회전자 프로파일의 직경에 의해 결정되는 기하학적 경계 조건의 대상이 된다. 도면에서:
- D = 회전자 프로파일의 직경
- e = 편심도
- MS = 고정자의 중심 축의 중심(중심 축은 도면 평면에 수직임)
- MR = 회전자의 중심 축의 중심(중심 축은 도면 평면에 수직임)
- MP = 회전자 프로파일의 중심
- A = 회전자의 회전의 구동 방향
- B = 웜 형상으로 인한 회전자 중심의 결과적인 회전 방향.
회전자는 워블 샤프트에 의해 축(MR)을 중심으로 구동되고 이것이 축(MP)을 중심으로 회전을 야기한다는 것을 이해해야 한다.
도 2는 편심 스크류 펌프를 위한 회전자(10)를 도시한다. 회전자는 제 1 단부(11)로부터 제 2 단부(12)로 중심 종축(15)을 따라 연장한다. 회전자는 중심 종축(15)을 중심으로 나선형으로 감기는 웜 중심 축(14)을 갖는 웜으로서 설계된다. 웜 중심 축(14)은 제 1 단부(11)에서 전방 단면으로 편심도(18) 만큼 중심 종축(15)으로부터 오프셋된다. 도시된 회전자에서, 이러한 편심도는 제 1 단부(11)로부터 제 2 단부(12)로의 전체 축방향 길이에 걸쳐서 일정하게 유지된다.
회전자는 제 1 단부에 타원형 단면 기하학적 형상(13)을 가지며 단면에서 타원형인 외부 엔벨로프(16)를 특징으로 한다. 외부 엔벨로프(16)는 중심 종축(15)을 갖는 타원형 바디이다. 회전자는 피치(17)를 갖는다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 회전자는 밀링 도구 및 그 제조에 필요한 밀링 도구의 움직임과 함께 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 제조의 제 1 변형에 따르면, 회전자는 도구 회전 축(21a)을 중심으로 회전하여 절삭 이동을 실행하는 밀링 도구(20a)를 갖고 제조될 수 있다. 도구 회전축(21a)은 중심 종축(15)에 수직이다. 도구 회전축(21a)은 중심 종축(15)에 대해 반경 방향이며 교차점(25a)에서 이 중심 종축과 교차한다. 도구(20a)는 중심 종축(15)에 관하여 반경 방향으로 평행하는 방향(24a)에서 제 1 인피드 운동(infeed motion)으로 인피드될 수 있다. 또한, 밀링 도구(20a)는 중심 종축(15)에 평행하는 축방향(23a)으로 전진할 수 있다. 최종적으로, 밀링 도구(20a)는 방향(24a)에 수직이며 반경 방향에 평행하는 방향(22a)에서 인피드될 수 있다. 축 방향(22a, 24a)에서의 인피드는 회전자의 기계 가공을 야기하고, 이는 회전자의 반경 방향으로의 연장을 변화시킨다. 전진축(23a)을 따라 전진하는 것은 중심 종축(15)의 방향을 따르는 일정한 반경을 생성한다.
대안적으로, 회전자는 절삭 동작을 생성하기 위해 도구 회전 축(21b)을 중심으로 회전하는 밀링 도구(20b)로 가공될 수 있다. 이 경우, 도구 회전축(21b)은 또한 중심 종축(15)에 대해 반경 방향에 평행하지만, 중심 종축(15)에 대해 오프셋되어 있으며 교차하지 않는다.
이러한 변형에서, 주변 절삭 에지, 바람직하게는 밀링 도구(20b)의 주변 절삭 에지 만이 사용될 수 있다. 밀링 도구(20b)는 바람직하게는 원하는 윤곽에 접선 방향으로 가이드된다.
제조 공정 동안, 회전자는 모든 측면에서 기계 가공을 달성하기 위해 중심 종축(15)을 중심으로 회전될 수 있다. 중심 종축(15)을 중심으로 한 이러한 회전 은 인피드 축(22a, 24a) 및 전진축(23a)을 따라 밀링 도구(20a) 또는 밀링 도구(20b)의 인피드 움직임(infeed movement)과 동기화된다.
이러한 방식으로 움직임을 중첩하면, 움직임의 중첩에 의해서만 형상을 만들 수 있지만 CAD 프로그램에서 개별 표면 점, 선 또는 표면 요소를 지정하지 않아도된다. 대신 직접 생산이 가능하다. CAM 프로그램, 3D 모델 또는 개별 밀링 프로그램과 같은 추가 소프트웨어를 사용할 필요가 없다. 제어 기능이 있는 기계의 시스템 한계는 임의의 데이터 형식에 의해 초과되지 않는다.
회전자(10)의 기하학적 형상은 접선 방향으로 연속하는, 바람직하게는 곡선적(curvilinear) 표면을 갖는다. 접선 방향으로 이러한 표면을 측방향으로 통과함으로써, 나선의 피치 구성요소가 보상될 수 있으므로 밀링 도구는 평면에서만 효율적으로 절삭한다(측방향 밀만 가능하며 "플런징" 및 "클라이밍" 불가능). 따라서, 원통형 밀링 도구의 주변 절삭 에지에 의해서만 (그리고 평면(face)에 의해서가 아닌) 절삭하는 것이 가능하다. 이는 널리 사용되는 평면 밀링 커터와 원주 엔드 밀링 커터를 모두 사용할 수 있음을 의미한다. 원주 엔드 밀링 커터는 원주에 절삭 날 에지만 있기 때문에 이러한 도구는 평면 밀링 커터보다 비용 효율적이다. 또한 절삭 에지를 (설치 공간이 더 넓기 때문에) 더 견고하게 설계할 수 있기 때문에 도구 마모가 평면보다 주변에서 더 적다. 또한 실린더 측면의 절삭 속도가 일정하기 때문에 평면보다 원주에서 더 큰 공급 속도를 실현할 수 있다(평면 밀링 커터를 사용하면 절삭 속도가 도구 중심에서 일정한 속도로 0에 가까움). 도구 비용 최소화 및 가능한 더 큰 공급의 사용이 기존 CAM 방법에 비해 본원에 설명된 방법의 장점이다.
3D 바디의 표면이 CAM 프로그램에 의해 몰드(mould)에서 스캐닝되고 발견된 지점에서 밀링 경로가 계산되고, 상기 지점이 규정된 오차를 갖는 평면에 근사하는 기존의 CAM/3D-CAM 방법과 달리, 본원에 설명된 방법에서 상이한 전략을 따른다. 밀링 도구의 이동 경로는 공식 및/또는 파라미터로 설명된다. 이를 통해 밀링 도구가 워크피스를 지나서 구체적으로(접선 방향으로) 이동하여 원하는 표면을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 모든 교정 및/또는 경로 분포는 현재 공정 및 기계 가공 중에 계산된다. 이를 통해 기계 가공에 상이한 원통형 도구를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도구 파손 후, 동일하거나 상이한 유형의 도구를 사용하여 기계 가공을 계속할 수 있다(예를 들어, 상이한 도구 직경을 계속 사용할 수 있음).
도 4a, 도 4b, 도 4c를 참조하면, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 3개의 회전자 또는 본 발명에 따른 회전자의 3개의 실시 예가 예시된다. 도 4a에 따른 회전자에서, 단면적(119)은 원형 형상이고 이에 의해 생성된 이 원형 단면은 회전자의 제 1 단부(111)로부터 제 2 단부(112)까지 연장된다.
도 4b에 도시된 회전자는 타원형 형상을 갖는 밀링된 회전자이며, 회전자는 전방 단부(211)에서 후방 단부(212)까지 기하학적으로 일정하게 유지되고 중심 종축에 대해 균일한 편심도를 갖는 타원형 단면을 갖는다.
도 4c에 표시된 회전자에는 3개의 기하학적 특징이 있는 원형 단면 표면 윤곽이 있다. 먼저, 웜의 원주 주위의 전체 회전자를 따라 연장되는 단면 표면의 일측에 둥근 융기부(elevation)(319a)가 형성된다. 이 돌출부(319a)로부터 약 90도 오프셋된 3개의 더 작은 둥근 돌출부(319b)가 외주에 나란히 형성되고, 또한 전체 웜을 따라 나선형으로 연장된다. 마지막으로, 융기부(319a)의 대략 반대편에 둥근 리세스(319c)가 횡단면에 형성되며, 이는 전체 웜을 따라 나선형으로 연장된다. 기능의 특성은 일정한 것으로 도시되되, 원하는대로 변화될 수 있다.
도 5는 도 4c에 따른 회전자의 단면 구조를 더 자세히 도시한다. 도시된 바와 같이, 융기부(319a), 삼중 융기부(319b) 및 리세스(319c)는 단면 영역의 단면 축에 대해 규정된 각도(319a', 319b' 및 319c')에 놓인다. 이러한 각도는 최적의 마모 방지를 위해 미리 결정되고 규정된다.
도 6은 중심 종축(415)을 따라 제 1 단부(411)로부터 제 2 단부(412)로 연장하는 회전자(410)의 다른 실시 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 1 단부(411)에서 회전자는 중심 종축(415)에 대한 중심 웜 축(414)의 편심도(418a)를 갖고, 이는, 제 2 단부(412)에서 더 작은 편심도(418b)에 대한 중심 종축(415)에 따른 축방향(415')에서 감소한다.
추가로 도시되는 바와 같이, 회전자는 제 1 단부(411)에서 단면 직경(413a)을 가지며, 이는 중심 종축(415)을 따라 축 방향(415')에서 제 2 단부(412)에서 단면 직경(413b)까지 증가한다.
중심 종축(415)을 따른 편심도(418a, 418b)의 감소 및 중심 종축(415)을 따른 단면 직경(413a, 413b)의 증가는 축 방향으로 일정하며 중심 종축(415)을 따른 축방향 위치에 대한 단순한 전위 의존성에서 일정하다. 편심도 감소와 단면 직경 증가는 반비례 관계이다. 축소 및 확대는 회전자의 외부 엔벨로프(430)가 중심 종축(415) 주위에 원통형 몸체를 생성하도록 선택된다.
대조적으로, 중심 웜 축(414)의 가상 엔벨로프(431)는 제 1 단부(411)로부터 제 2 단부(412)까지 원뿔형으로 연장된다. 중심 종축(415)을 향하는 웜의 단면 에지의 가상 엔벨로프(432)는 먼저 제 1 단부(411)로부터 시작하여 제 1 단부(411)와 제 2 단부(412) 사이의 회전자의 대략 중심까지 반경 = 0으로 감소하고 이 중심에서 시작하여 회전자의 제 2 단부(412)까지 다시 증가한다.
원칙적으로, 도 1 내지 도 6에 도시된 회전자는 모든 실시예에서 편심 스크류 펌프를 위한 회전자로서 사용될 수 있는 것을 이해해야 한다. 그러나, 도 1 내지 도 6에 도시된 바디는 고정자를 제조하기 위한, 특히 몰딩 공정에서 이러한 고정자 코어를 사용하여 고정자를 제조하기 위한 고정자 코어로도 사용될 수 있다. 편심 스크류 펌프의 고정자의 스레드의 수가 회전자의 수보다 크기 때문에 도 1 내지 도 6에 따른 바디를 갖고 제조되는 고정자는 도 1 내지 도 6에 따른 회전자가 동작될 수 있다.
도 7은 SLS/SLM 공정에서 회전자를 제조하는 기능적 원리를 도시한다. 회전자(510)는 수직으로 변위 가능한 빌딩 플랫폼(520) 상에 층으로 구성되며, 이에 의해 층 평면은 회전자의 중심 종축에 수직이다. 분말 저장소(530)로부터, 분말 재료의 얇은 층이 닥터 블레이드(540)에 의해 이전에 선택적으로 경화된 층 위에 반복적으로 적용된다. 그런 다음 이러한 새로 적용된 층은 그 다음의 레이저 빔(550)을 조사함으로써 그 층에서 회전자의 단면 기하학적 형상에 해당하는 영역에서 선택적으로 경화된다. 이러한 목적을 위해, 레이저 빔(550)은 선택적으로 경화될 수 있는 층의 영역 상에 제어 가능하게 조정 가능한 편향 장치(551)에 의해 지향된다.
경화는 분말 재료를 용융하고 동시에 층의 분말 재료를 기저층의 이전에 선택적으로 경화된 영역에 결합함으로써 수행된다. 이 작업이 완료되면 빌드 플랫폼이 층 두께만큼 낮아지고 새 층이 적용되며 이 층은 이전에 설명한 대로 다시 선택적으로 경화된다. 단일 층의 두께는 50m 내지 200m의 범위에 있을 수 있다. 분말 재료는 5m 내지 100m 사이의 범위의 입경을 갖는 금속 합금일 수 있다.
적층 제조 공정에서 생산되는 회전자는 정기적으로 층별 제조 공정에서 생산된 외부 형상과 내부 미세 구조를 갖는다. 이는 편심 스크류 펌프의 공차 및 밀봉 요건에 충분하다. 그러나 필요한 경우 기하학적으로 규정되거나 기하학적으로 규정되지 않은 가공 공정(예를 들어, 전해 연마를 통해)으로 표면을 매끄럽게 할 수 있다.
바람직하게는, 제조된 회전자는 내부가 비어 있거나 적어도 내부 캐비티를 갖는다. 소형 편심 스크류 펌프용 회전자의 경우, 3D 프린팅 공정 또는 스테레오리소그래피 공정과 같이 플라스틱 재료를 가공하는 적층 제조 공정이 바람직하다.

Claims (30)

  1. 편심 스크류 펌프의 금속 회전자를 제조하는 방법으로서,
    - 워크피스 클램핑 장치의 중심 종축을 따라 연장하는 워크피스를 클램핑하는 단계,
    - 절삭 도구로 워크피스로부터 재료를 절삭 제거하는 단계를 포함하고,
    회전자의 표면은 3축 선회 공정으로 제조되지 않고, 절삭 도구는 회전자의 외표면 기하학적 형상을 생성하도록 사용되고,
    - 절삭 도구는 회전자의 종축에 평행한 전진축을 따라 전진하며,
    - 절삭 도구는 회전자의 종축에 평행한 도구 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 편심 스크류 펌프의 회전자를 제조하는 방법으로서,
    - 워크피스 클램핑 장치의 중심 종축을 따라 연장하는 워크피스를 클램핑하는 단계,
    - 절삭 도구로 워크피스로부터 재료를 절삭 제거하는 단계를 포함하고,
    밀링 도구가 절삭 도구로 사용되고 회전자는 밀링 공정으로 생산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    밀링 도구가 재료의 절삭 제거 동안 워크피스의 중심 종축에 평행하지 않은 도구 회전축을 중심으로 회전하는 것, 특히, 도구 회전축이 중심 종축에 수직이고 더욱 바람직하게는 중심 종축에 대한 원형 경로에 접하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    밀링 도구가 재료의 절삭 제거 동안 도구 회전축을 중심으로 회전하고, 도구 회전축에 평행하지 않은 도구 전진 방향으로 워크피스에 대해 전진하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 도구 전진 방향은 워크피스의 중심 종축에 평행하고 그리고/또는 수직인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    워크피스는 재료의 절삭 제거 동안 중심 종축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    밀링 도구는 재료의 절삭 제거 동안 중심 종축에 관하여 반경 방향으로 인피드되는(infed) 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    밀링 도구는 엔드 밀(end mill) 또는 페이스 밀(face mill)이고 밀링 도구에 원주 방향으로 배열된 절삭 에지만이 절삭에 의해 재료를 제거하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 후속하는 고정자 생산을 위한 고정자 코어 역할을 하는 회전자가 생산되고, 후속하여 고정자가 몰딩(moulding) 공정에서 고정자 코어에 의해 생산되며, 몰딩 공정 동안 고정자 코어는 고정자의 내부 기하학적 형상의 기하학적 형상을 규정하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 편심 스크류 펌프의 금속 회전자를 제조하는 방법으로서,
    회전자가 적층(additive) 제조 공정, 특히 레이저 소결 공정 또는 레이저 용융 공정에 의해 제조되고, 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 회전자의 기하학적 데이터를 기반으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 편심 스크류 펌프의 고정자용 고정자 코어를 제조하는 방법으로서,
    고정자 코어는, 고정자 코어의 기하학적 데이터에 기초하여 선택적 재료 퇴적 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 적층 제조 공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    회전자 또는 고정자 코어는 중심 종축을 따라 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하고, 회전자 또는 고정자 코어의 적층 제조 공정에서 생성되는 회전자 또는 고정자 코어의 기하학적 형상은,
    - 웜 단면적 중심에서 나아가는 중심 웜 축과 중심 종축 사이의 거리로서 규정되는 웜 스레드의 편심도(eccentricity),
    - 중심 종축에 대한 웜의 둘러싸는 외경,
    - 중심 종축에 대한 웜의 감싸는 내경,
    - 중심 웜 축에 대한 웜의 외경, 및
    - 중심 웜 축의 기울기인, 기하학적 파라미터들에 의해 규정되는 나선형 기하학적 형상이며,
    적어도 하나의 기하학적 파라미터가 회전자 또는 고정자 코어의 종축을 따라 변경되고, 특히
    - 회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부에서, 상기 기하학적 파라미터가 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부에서보다 더 크고, 또는
    - 회전자 또는 고정자 코어의 일 단부에서, 상기 기하학적 파라미터가 축방향에서 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 놓인 회전자 또는 고정자 코어의 단면과는 상이하도록,
    - 밀링 도구가 재료를 절삭 제거하는 동안 전자 제어에 의해 가이드되고, 또는
    - 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    적어도 하나의 기하학적 파라미터가, 회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부를 향하여 연속적으로 변경되도록,
    - 밀링 도구가 재료의 절삭 제거 동안, 전자 제어에 의해 가이드되고, 또는
    - 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부를 향하는 적어도 하나의 기하학적 파라미터가,
    - 먼저 확대된 다음 사이즈가 축소되거나, 또는
    - 먼저 축소된 다음 확대되도록,
    - 밀링 도구가 재료의 절삭 제거 동안, 전자 제어에 의해 가이드되고, 또는
    - 적층 가공 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 기하학적 파라미터가, 중심 종축을 따르는 밀링 도구의 전진 축에 대한 단일, 이중 또는 삼중 지수 의존도를 갖고 회전자 또는 고정자 코어의 축방향 섹션을 따라 또는 회전자 또는 고정자 코어의 전체 길이를 따라 회전자 또는 고정자 코어의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자 또는 고정자 코어의 제 2 단부까지 변경되도록,
    - 밀링 도구가 재료의 절삭 제거 동안, 전자 제어에 의해 가이드되고, 또는
    - 적층 제조 공정의 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제조된 회전자 또는 고정자 코어의 웜은 중심 웜 축에 관하여 원형이 아닌 단면을 갖고,
    - 제조된 회전자 또는 고정자 코어의 웜은 중심 웜 축에 놓인 대칭 지점에 관하여 비점 대칭(non-point symmetrical) 단면을 갖고,
    - 제조된 회전자 또는 고정자 코어의 웜 표면에 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 윤활 포켓이 형성되고, 또는
    - 회전자 또는 고정자 코어의 외부 기하학적 형상은, 외부 기하학적 형상이 연속적인 웜 외부 기하학적 형상으로부터 벗어난 반경 방향 돌출 섹션을 갖는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 마모 허용 섹션을 갖도록,
    - 밀링 도구가 재료의 절삭 제거 동안, 전자 제어에 의해 가이드되고, 또는
    - 적층 제조 공정의 선택적 재료 퇴적 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 기하학적 파라미터가,
    특히,
    - 제 1 기하학적 파라미터가 증가하고, 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 비례 또는 지수 관계로 증가하거나 감소하고, 또는
    - 제 1 기하학적 파라미터가 증가하고, 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 비-상관 비율로 증가 또는 감소되는 방식으로,
    밀링 도구의 축방향 공급 경로를 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 회전자의 중심 종축 주위에 나선형으로 감기는, 중심 웜 축을 갖는 웜 기하학적 형상을 갖는 편심 스크류 펌프용 회전자로서,
    회전자는, 회전자의 중심 종축에 평행하지 않은 도구 회전축을 중심으로 회전하는 밀링 도구가 워크피스로부터 회전자의 기계 가공 생산에 사용되는 밀링 공정으로 생산되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  19. 회전자의 중심 종축 주위에 나선형으로 감기는, 중심 웜 축을 갖는 웜 기하학적 형상을 갖는 편심 스크류 펌프용 회전자로서,
    회전자가, 선택적 재료 도포 공정 또는 선택적 재료 경화 공정이 회전자의 기하학적 데이터를 기초로 제어되는, 특히 레이저 소결 공정 또는 레이저 용융 공정에 의한 적층 제조 공정에서 제조되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  20. 청구항 15 또는 청구항 16 또는 청구항 15의 전제부에 있어서,
    회전자는 중심 종축을 따라 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하고, 회전자의 기하학적 구조는
    - 웜 단면적 중심에서 나아가는 중심 웜 축과 중심 종축 사이의 거리로서 규정되는 웜 스레드의 편심도,
    - 중심 종축에 대한 웜의 감싸는 외경,
    - 중심 종축에 대한 웜의 감싸는 내경,
    - 중심 웜 축에 대한 웜의 외경, 및
    - 중심 웜 축의 피치인, 기하학적 파라미터들에 의해 규정된 나선형 기하학적 형상이며,
    적어도 하나의 기하학적 파라미터가 회전자의 중심 종축을 따라 축 방향으로 변경되고, 특히,
    - 회전자의 제 2 단부에서 보다 회전자의 제 1 단부에서 더 크고, 또는
    - 회전자의 일 단부에서 축방향에서 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 놓인 회전자의 단면과 상이한 것을 특징으로 하는 회전자.
  21. 청구항 20에 있어서,
    적어도 하나의 기하학적 파라미터는 회전자의 제 1 단부로부터 시작하여 연속적으로 특히 회전자의 제 2 단부를 향해 연속적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    회전자의 제 1 단부로부터 시작하여 회전자의 제 2 단부를 향하는 적어도 하나의 기하학적 파라미터가,
    - 먼저 확대된 다음 사이즈가 축소되거나, 또는
    - 먼저 축소된 다음 확대되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  23. 청구항 20 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 기하학적 파라미터는 중심 종축을 따르는 밀링 도구의 축방향 공급에 대한 단일, 이중 또는 삼중 지수 의존도를 갖고 회전자의 축방향 섹션을 따라 또는 회전자의 전체 길이를 따라 회전자의 제 1 단부로부터 회전자의 제 2 단부로 변경되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  24. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    - 제조된 회전자의 웜은 중심 웜 축에 관하여 원형이 아닌 단면을 갖고,
    - 제조된 회전자의 웜은 중심 웜 축에 위치된 대칭 지점에 관하여 비점 대칭 단면을 갖고,
    - 제조된 회전자의 웜 표면에 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 윤활 포켓이 형성되고,
    - 회전자의 외부 기하학적 형상은, 외부 기하학적 형상이 연속적인 웜 외부 기하학적 형상으로부터 벗어난 축방향 돌출 섹션을 갖는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 마모 허용 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 회전자.
  25. 청구항 20 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서, 특히,
    - 제 1 기하학적 파라미터가 증가하고, 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 비례 또는 지수 비율로 증가하거나 감소하고, 또는
    - 제 1 기하학적 파라미터가 증가하고, 제 2 기하학적 파라미터가 제 1 파라미터의 증가에 비-상관 비율로 증가 또는 감소되도록,
    적어도 2개의 기하학적 파라미터가 밀링 도구의 축방향 공급 경로를 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 회전자.
  26. 편심 스크류 펌프용 고정자로서, 청구항 20 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 기재된 회전자에 따른 기하학적 형상을 갖는 고정자 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정자.
  27. 마스터 몰딩 공정에서 고정자를 제조하기 위한 고정자 코어로서 청구항 18 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 기재된 회전자의 용도.
  28. 청구항 18 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 기재된 회전자 및/또는 청구항 26에 기재된 고정자를 포함하는, 편심 스크류 펌프.
  29. 청구항 28에 있어서, 청구항 18 내지 청구항 25 중 어느 한 항의 회전자 및 청구항 26의 고정자를 포함하고,
    회전자의 중심 종축을 따르는 방향으로 변하는 회전자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터 및 고정자의 중심 종축을 따라 변하는 고정자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터는 일치하는 기하학적 파라미터들인 것을 특징으로 하는 편심 스크류 펌프.
  30. 청구항 29에 있어서,
    회전자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터 및 고정자의 적어도 하나의 기하학적 파라미터는 중심 종축을 따르는 방향으로 동기식으로 변경되는 것을 특징으로 하는 편심 스크류 펌프.
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